Curiosità meteo: le nubi di Kelvin-Helmholtz

Scopriamo quale meccanismo fisico si nasconde nella formazione di queste nubi e in quali condizioni possono essere visibili.

Talvolta, anche se accade di rado, nel cielo limpido capita di imbattersi in nubi molto simili ad onde con creste ben definite. Possono svilupparsi a quote molto diverse e per lunghezze molto variabili. Questa forma così particolare tradisce uno specifico meccanismo fisico alla base, che ha bisogno di specifici ingredienti per verificarsi.

Innanzitutto devono essere presenti flussi di aria che si muovono in direzione opposta, oppure, nella stessa direzione ma a velocità differenti. Ma non basta: le masse di aria che costituiscono questi flussi devono anche pesare in modo diverso, cioè devono essere caratterizzate da diverse densità. Il fenomeno ovviamente è valido per i fluidi in generale e può essere anche immaginato come uno scivolamento relativo tra due liquidi che hanno una superficie di contatto.

Solo a questo punto si può innescare la cosiddetta instabilità di Kelvin-Helmholtz da cui prendono il nome queste nubi: una piccola perturbazione lungo questa zona di contatto produce un’instabilità crescente e le due masse di aria prendono a mescolarsi.

L’esperimento nel video rende chiaro il meccanismo: due liquidi di densità diversa vengono fatti scorrere parallelamente fino a quando l’instabilità si innesca dando vita al fenomeno. L’orientazione delle creste dipende dalla direzione dei flussi di aria in movimento. L’acqua colorata di arancione (salata e più densa) scorre verso il basso da destra a sinistra mentre nella parte superiore l’acqua dolce (meno densa) sale verso l’alto muovendosi da sinistra a destra, dando vita al moto relativo tra i due strati.

L’unica differenza tra il caso generale e il caso delle nubi sta nel fatto che per poter vedere la nube è necessario che si verifichi la condensazione del vapore acqueo contenuto nell’aria. Nelle giuste condizioni, a seguito della perturbazione, l’aria che scorre in basso infiltrandosi nello strato superiore satura e condensa dando vita alla nube. Intanto lo scorrimento del flusso superiore dell’aria piega le creste dando vita alla forma caratteristica che vediamo. Questo spiega anche perché la base della nube è piatta: le condizioni necessarie alla condensazione e quindi alla formazione della nube sono presenti solo da quella specifica quota, chiamata lifting condensation level.