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Neve                          Metamorfismo della neve            •Assestamento gravitativo            •Metamorfismo distru...
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Epilogo                           Grazie per l’attenzione                          G.Ulrici, 2000 ?                       ...
Tabella dei simboli                          42R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
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Descrive i fenomeni di metamorfismo della neve, introduce il bilancio di radiazione e di energia, parla brevemente della teoria di Monin-Obukhov

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15b neve

  1. 1. Neve: metamorfismi A. Adams, Storm, Riccardo Rigon, Stefano Endrizzi, Matteo Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  2. 2. Neve Metamorfismo della neve •Assestamento gravitativo •Metamorfismo distruttivo •Metamorfismo costruttivo •Metamorfismo di fusione 2R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  3. 3. Neve Metamorfismo della neve Il nome indica i cambiamenti della morfologia dei grani che hanno luogo in seguito alle variazioni di temperatura e pressione ai quali sono soggetti dopo la loro deposizione. Il metamorfismo cambia: • densità • porosità • albedo • conducibilità termica • coesione 3R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  4. 4. Neve Il metamorfismo avviene perchè: •I grani hanno grande superficie relativamente al volume e tendono ad una configurazione geometricamente piu’ stabile (la superficie sferica e’ quella con energia minima) •La temperatura si porta durante le stagioni a superare la temperatura di fusione •La pressione sugli strati di base porta a compattazione della neve (e avvicina le condizioni di fusione) 4R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  5. 5. Neve Il metamorfismo avviene perchè: Si possono distinguere due categorie di metamorfismo In presenza di acqua liquida: - T = 0 (usualmente) In assenza di acqua liquida: -T <0 - ghiaccio in equilibrio con il vapore - determinato prevalentemente dal flusso di vapore 5R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  6. 6. Neve Metamorfismo “secco” E’ legato al movimento del vapore nei pori Il movimento del vapore è legato al gradiente di pressione del vapore Il gradiente di pressione è controllato da: •Temperatura (in base a quanto già visto, la pressione di equilibrio del vapore d’acqua dipende dalla temperatura, in accordo alla legge di Clausius - Clapeyron) •Raggio di curvatura locale dei cristalli di ghiaccio: la legge di Clausius-Clapeyron deve essere modificata quando l’interfaccia aria - ghiaccio sia curva. La pressione di equilibrio del vapore cresce al crescere del raggio di curvatura) 6R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  7. 7. Neve Metamorfismo “secco” Due tipi Metamorfismo distruttivo Avviene a temperatura costante ed è dovuto alla demolizione delle cuspidi dei grani. Il processo è particolarmente intenso per la neve appena caduta e porta anche ad incrementi della densità della neve pari a più dell’ 1% all’ora. Si ferma quando la densità è dell’ordine di 0.25 g cm-3 Metamorfismo costruttivo Dipende dal gradiente di temperatura da punto a punto. Nei punti più caldi avviene la sublimazione della neve. Il vapore poi si sposta in accordo ai gradienti di pressione. 7R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  8. 8. Neve Metamorfismo distruttivo Riduce l’energia libera del sistema, al suo stato stabile Questa energia dipende dal raggio di curvatura locale del cristallo di ghiaccio 8R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  9. 9. Neve Metamorfismo distruttivo Riduce l’energia libera del sistema, al suo stato stabile Questa energia dipende dal raggio di curvatura locale del cristallo di ghiaccio alto raggio di curvatura implica maggiore pressione di vapore 8R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  10. 10. Neve Metamorfismo distruttivo Riduce l’energia libera del sistema, al suo stato stabile Questa energia dipende dal raggio di curvatura locale del cristallo di ghiaccio Raggio di curvatura negativo implica minore pressione di vapore in equilibrio termodinamic 9R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  11. 11. Neve Metamorfismo distruttivo Riduce l’energia libera del sistema al suo stato stabile La differenza di pressione di vapore tra i due punti implica trasporto di vapore (da “+” a “-”). Si crea così vapore La configurazione di in eccesso al di + equilibrio ideale è una sopra sfera. La configurazione - di equilibrio reale del punto “-” e dipende dall’interazione conseguente del singolo cristallo con condensazione. l’ambiente circostante. 10R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  12. 12. Neve Metamorfismo distruttivo L’effetto macroscopico del metamorfismo distruttivo è quello di: - Ridurre il rapporto superficie/volume dei cristalli e quindi incrementare la densità della neve (riempiendo i pori) - Incrementare la coesione tra i grani. 11R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  13. 13. Neve Metamorfismo distruttivo L’effetto macroscopico del metamorfismo distruttivo è quello di: - Ridurre il rapporto superficie/volume dei cristalli e quindi incrementare la densità della neve (riempiendo i pori) - Incrementare la coesione tra i grani. 11R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  14. 14. Neve Metamorfismo distruttivo “secco” ma dettato da gradienti di temperatura Può essere molto efficace se il gradiente e’ almeno di 10 C/m e la densità della neve e bassa (comunque minore di 350 kg/m3) Costruisce grani sfaccettati, con legami reciproci deboli Tende a far aumentare la densità 12R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  15. 15. Neve Metamorfismo di fusione o “wet”, bagnato Avviene in presenza di acqua e quindi, in prossimità di T =0 C Due sono i principali meccanismi: •la fusione di superficie con successiva percolazione •una accelerazione dei processi “secchi” e conduce alla formazioni di grani grandi e arrotondati. 13R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  16. 16. Neve Metamorfismo di fusione o “wet”, bagnato Il primo è causato dalla fusione alla superficie o dallintroduzione di pioggia che congela allinterno del manto nevoso a temperatura minore. Si può creare così uno strato di ghiaccio compatto interno al manto nevoso che si estende anche per grandi distanze. Il congelamento negli strati di neve causa anche la liberazione di calore latente, che contribuisce alla formazione di vapore e allaccelerazione del suo trasferimento 14R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  17. 17. Neve Metamorfismo di fusione o “wet”, bagnato Il secondo processo metamorfico che accompagna processi di fusione è il rapido scomparire dei grani più piccoli e la formazione di grani più grandi che avviene in presenza di acqua liquida. 15R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  18. 18. Neve Metamorfismo di fusione o “wet”, bagnato A causa di questo fenomeno, un manto nevoso che si sta sciogliendo è formato da una aggregazione di fiocchi delle dimensioni di 1-2 millimetri di diametro (Colbeck, 1978). 16R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  19. 19. Neve Il bilancio di energia della neve Avviene per: • irraggiamento (trasferimento di energia mediato da onde elettromagnetiche) • conduzione (trasferimento di calore per contatto tra le molecole) • convezione (sublimazione e trasporto di calore dovuto alla turbolenza atmosferica) • avvezione (a causa di trasferimento di materia: precipitazione, vapore, acqua di fusione) 17R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  20. 20. Neve Fattori che contribuiscono allo scambio energetico • Il vento (è la manifestazione della turbolenza atmosferica che controlla il traferimento di calore sensibile e latente in superficie) • La presenza di vapore d’acqua (i gradienti controllano il trasferimento di calore sensibile) • L’ammontare della radiazione (su tutto lo spettro) • La pioggia il cui contenuto energetico altera lo stato della neve 18R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  21. 21. Energy Budget Il bilancio energetico della neve in superficie R# sw R# lw R" lw Pe R" swDon Cline, 1999, Jordan, 1991 H s Ev U⇤ G 19 R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  22. 22. Energy Budget Il bilancio energetico della neve in superficie U⇤ = Rn lw + Rn sw H s E v + G + Pe Rn lw := R# lw R" lw Rn sw := R# sw R" sw R# sw R# lw R" lw Pe R" sw H s Ev U⇤ G 20R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  23. 23. Energy Budget Firma spettrale della neve 21R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  24. 24. Energy Budget Albedo 22R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  25. 25. Energy Budget Il bilancio radiativo della neve R=✏ T 4 CLEAR DRY AIR, T = 0oC Net Energy Loss From Snow Pack No Net Energy Loss From Snow Pack SNOW, T = 0oC ✏a ⇡ 0.6 0.7 ✏w,i,⇤ ⇡ 0.92 0.97 23R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  26. 26. Energy Budget Il bilancio radiativo della neve 24R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  27. 27. Energy Budget Il bilancio energetico della neve Flussi turbolenti Nei giorni piovosi e nuvolosi dominano gli scambi di calore sensibile e di calore latente. Questi sono comunque sempre importanti, in quanto l’elevato albedo della neve, non consente grandi immagazzinamenti di energia radiativa, se non durante i mesi estivi. In generale uno scioglimento massiccio della neve richiede sempre che gli scambi di energia “turbolenta” siano piuttosto intensi. 25R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  28. 28. Energy Budget Il bilancio energetico della neve Flussi turbolenti ln(z-d0) INSTABILITY STABILITY Aerodynamic roughness length q-qsLa presenza di stabilità atmosferica diminuisce la turbolenza e quindi il trasportoturbolento. Viceversa la presenza di turbolenza lo incrementa. 26R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  29. 29. Energy Budget Il bilancio energetico della neve Flussi turbolenti La teoria che descrive questo processo è conosciuta col nome degli autori, Monin- Obukhov (1954) 27R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  30. 30. Energy Budget Il bilancio energetico della neve Flussi turbolenti La teoria che descrive questo processo è conosciuta col nome degli autori, Monin- Obukhov 28R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  31. 31. Energy Budget Il bilancio energetico della neve Flussi turbolenti La teoria che descrive questo processo è conosciuta col nome degli autori, Monin- Obukhov 29R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  32. 32. Energy Budget Ma l’atmosfera sopra la neve ha una struttura complicata Mott et al., AWR 2012 30R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  33. 33. Energy Budget Il bilancio energetico della neve Flussi turbolenti Sulla neve si generano facilmente condizioni di stabilità atmosferica: è una retroazione del fatto che l’albedo della neve è alto. Quindi, spesso la stessa condizione che rende minimo l’immagazzinamento radiativo, rende anche minimi gli scambi di energia turbolenta. 31R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  34. 34. Energy Budget Il bilancio energetico della neve Flussi turbolenti Tuttavia, poichè la neve non copre uniformente il paesaggio, e la vegetazione costituisce un elemento che assorbe ed emette energia con grande efficienza, si hanno elementi del paesaggio in cui la neve comincia a sciogliersi in modi più marcato. 32R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  35. 35. Energy Budget simulations Il bilancio energetico della neve in superficie Stagione di accumulo - Passo del Tonale Foehn 33R. Rigon, S. EndrizziWednesday, May 30, 12
  36. 36. Energy Budget simulations Il bilancio energetico della neve in superficie Stagione di accumulo passo del Tonale SW tende a zero quando c’e’ il cielo nuvoloso 34R. Rigon, S. EndrizziWednesday, May 30, 12
  37. 37. Energy Budget simulations Il bilancio energetico della neve Stagione di accumulo passo del Tonale Calore latente e sensibile: • hanno incrementi quando il vento è alto. • aumentano e diminuiscono in controfase salvo che • aumentano entrambi quando piove o l’atmosfera è umida 35R. Rigon, S. EndrizziWednesday, May 30, 12
  38. 38. Energy Budget simulations Il bilancio energetico della neve Stagione di fusione, passo del Tonale by day • Lo scioglimento è forzato soprattutto dalla radiazione ad onde corte • la radiazione ad onde lunghe rappresenta una perdita. • Il calore latente una perdita (la neve sublima) 36R. Rigon, S. EndrizziWednesday, May 30, 12
  39. 39. Energy Budget simulations Il bilancio energetico della neve Stagione di fusione, passo del Tonale by day • Il vento di bassa intensità non consente trasferimenti di energia efficienti 37R. Rigon, S. EndrizziWednesday, May 30, 12
  40. 40. Energy Budget simulations Il bilancio energetico della neve Stagione di fusione, passo del Tonale, by night • Durante la notte la perdita di energia radiativa non è mai compensata dal guadagno per energia turbolenta 38R. Rigon, S. EndrizziWednesday, May 30, 12
  41. 41. Energy Budget simulations Il bilancio energetico della neve Stagione di fusione, passo del Tonale, by night • La fusione della neve più grande si ha quando grande trasporto turbolento di calore (Kuusisto, 1983; Cline, 1997) 39R. Rigon, S. EndrizziWednesday, May 30, 12
  42. 42. Energy Budget simulations Il bilancio energetico della neve Le condizioni di stabilità atmosferica giocano un ruolo determinante. 2000.0000 1500.0000 snow depth (mm) 1000.0000 500.0000 0 35527 35536 35545 35554 35563 35572 stability corrections considered stability corrections disregarded 40 field dataR. Rigon, S. EndrizziWednesday, May 30, 12
  43. 43. Epilogo Grazie per l’attenzione G.Ulrici, 2000 ? 41R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
  44. 44. Tabella dei simboli 42R. Rigon, M. Dall’AmicoWednesday, May 30, 12
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