La mia professione di controllore del traffico aereo e la passione per le fotometeore fanno si che spesso mi viene chiesto un parere sulle cosiddette “scie chimiche”, pertanto sento la necessità di fare chiarezza con questo scritto
Le strisce bianche che talvolta attraversano il cielo dietro gli aeromobili sono uno dei fenomeni atmosferici più facilmente riconoscibili associati al traffico aereo. Sono chiamate scie di condensazione, o contrails (condensation trails), e si formano in determinate condizioni di temperatura, pressione e umidità dell'atmosfera.
Il loro aspetto, tuttavia, non è sempre uguale. Alcune scompaiono rapidamente, mentre altre possono rimanere visibili per molto tempo, allargarsi progressivamente e assumere una struttura simile a quella di cirri lunghi come serpenti. In particolari condizioni di illuminazione, inoltre, possono presentare delicate colorazioni, dando origine al fenomeno ottico della iridescenza.
L'argomento mette quindi in relazione due discipline: la meteorologia, che permette di comprendere la formazione e l'evoluzione delle scie, e l'ottica atmosferica, che spiega la comparsa dei colori.
Come si forma una scia di condensazione
Per comprendere il fenomeno occorre partire dai motori dell'aeromobile. La combustione del carburante produce, tra gli altri prodotti, vapore acqueo. I gas di scarico vengono espulsi a temperatura elevata e si mescolano rapidamente con l'aria circostante.
A quote di crociera, generalmente nell'alta troposfera, la temperatura dell'atmosfera è molto bassa. Le condizioni di formazione delle scie sono particolarmente legate all'equilibrio tra temperatura, pressione e umidità e si incontrano tipicamente alle quote alle quali operano molti voli.
Quando i gas caldi e umidi provenienti dai motori si mescolano con l'aria molto fredda, il vapore acqueo può raggiungere rapidamente condizioni di saturazione. L'acqua condensa e, alle temperature sufficientemente basse presenti in quota, si trasforma rapidamente in cristalli di ghiaccio. Sono proprio queste minuscole particelle a rendere visibile la scia.
Il processo presenta quindi una certa analogia con la formazione delle nubi: in entrambi i casi il vapore acqueo passa a una fase condensata o solida attraverso l'interazione con particelle presenti nell'atmosfera. Nel caso delle contrails, tuttavia, l'apporto iniziale di vapore e particelle è associato ai gas di scarico dell'aeromobile.
Perché alcune scie scompaiono e altre persistono?
La semplice formazione della scia non determina necessariamente la sua durata.
Se l'aria circostante è relativamente secca rispetto al ghiaccio, i cristalli formati dietro l'aeromobile possono rapidamente sublimare e la scia diventa invisibile in breve tempo. Se invece l'ambiente atmosferico presenta un'umidità sufficientemente elevata, i cristalli possono persistere e la scia può rimanere visibile per minuti o anche molto più a lungo. Le scie persistenti possono inoltre essere deformate dai venti e dalla turbolenza presenti alle quote elevate. La loro larghezza aumenta progressivamente e la struttura originariamente sottile può trasformarsi in una zona nuvolosa molto più estesa.
La classificazione meteorologica delle nubi riconosce anche questo processo evolutivo: una scia persistente può essere classificata come Cirrus homogenitus; se successivamente si modifica e assume caratteristiche più simili a quelle delle nubi naturali, può essere descritta come una nube homomutatus. Questo aspetto è importante perché mostra come una scia non debba essere considerata necessariamente una struttura immutabile. È un sistema dinamico che continua a interagire con l'ambiente atmosferico dopo il passaggio dell'aeromobile.
Non tutte le scie hanno la stessa origine
È inoltre utile distinguere le scie generate dai gas di scarico da altri fenomeni di condensazione associati agli aeromobili.
In determinate condizioni, ad esempio durante manovre particolari o in presenza di elevata umidità, possono formarsi nubi di condensazione sulle ali. La riduzione della pressione dell'aria sul dorso dell'ala può comportare una diminuzione della temperatura; se l'atmosfera è sufficientemente umida, ciò può favorire la condensazione del vapore acqueo.
Un fenomeno analogo può verificarsi in corrispondenza delle estremità alari, dove i vortici generati dall'ala producono localmente variazioni di pressione e temperatura. In condizioni favorevoli può comparire una condensazione visibile.
Questi fenomeni non devono essere confusi con la tipica lunga scia prodotta dai gas di scarico dei motori.
Quando una scia diventa iridescente
Foto di Adeel Shafiq
Una delle caratteristiche più affascinanti che possono comparire nelle nubi e nelle scie di condensazione è l'iridescenza.
A differenza dell'arcobaleno, che deriva principalmente dalla rifrazione, riflessione interna e dispersione della luce nelle gocce d'acqua, l'iridescenza è associata soprattutto alla diffrazione della luce da parte di particelle molto piccole. La presenza di particelle sufficientemente piccole e con caratteristiche relativamente uniformi può produrre una separazione dei diversi colori della luce e quindi le tipiche tonalità iridescenti.
Il fenomeno può produrre colori delicati e sovrapposti: rosa, verde, azzurro, giallo e violetto possono comparire in successione o contemporaneamente, spesso con contorni poco definiti.
Foto di Adeel Shafiq
Iridescenze su una scia di condensazione alla luce della Luna piena. Da Allama Iqbal Int Airport, Lahore.
Foto di Adeel Shafiq
Scie persistenti e trasformazione in nubi
Una scia che rimane nell'atmosfera può subire una trasformazione notevole.
La turbolenza e i venti in quota possono allargarla e deformarla fino a renderne difficile l'identificazione come traccia lasciata da un singolo aeromobile. Le scie persistenti possono progressivamente trasformarsi in strutture nuvolose più estese e contribuire alla copertura nuvolosa presente in alta troposfera. Questa evoluzione spiega anche perché l'aspetto di una contrail possa cambiare radicalmente nell'arco di tempo relativamente breve: da una linea sottile e ben definita può diventare una fascia ampia e filamentosa.
La meteorologia aeronautica studia proprio queste condizioni per prevedere dove e quando le scie possono formarsi e quale potrebbe essere la loro evoluzione.
Prevedere la formazione delle scie
La formazione delle contrails dipende da variabili atmosferiche misurabili, in particolare temperatura, pressione e umidità.
Esistono strumenti per prevedere le scia. Tra questi viene illustrato il diagramma di Appleman, sviluppato per valutare la possibilità di formazione delle scie in funzione delle condizioni atmosferiche, e il diagramma termodinamico di Herlofson, ricavato anche dai dati dei radiosondaggi atmosferici.
Questi strumenti mostrano come la formazione di una contrail non sia un evento casuale, ma il risultato di una precisa combinazione di caratteristiche dell'atmosfera.
Altri fenomeni associati agli aeromobili
L'interazione tra aeromobili e nubi può produrre anche fenomeni differenti dalle normali scie di condensazione.
Tra questi vi sono i fallstreak holes, aperture che possono comparire all'interno di determinati strati nuvolosi quando il passaggio di un aeromobile favorisce la formazione di cristalli di ghiaccio a partire da goccioline sopraffuse.
Esistono inoltre le dissipation trails, o distrails, nelle quali il passaggio dell'aeromobile produce una zona relativamente libera dalla nube lungo la traiettoria del volo.
Scie di condensazione e teoria delle “scie chimiche”
Le cosiddette “scie chimiche” (chemtrails) sono al centro di una teoria secondo la quale le scie lasciate dagli aeromobili non sarebbero semplicemente prodotti della condensazione del vapore acqueo, ma deriverebbero dalla deliberata dispersione nell'atmosfera di sostanze chimiche per finalità non dichiarate. Questa interpretazione viene però distinta dalla spiegazione meteorologica delle scie di condensazione, la cui formazione è descritta attraverso processi fisici e chimici ben conosciuti: il vapore acqueo contenuto nei gas di scarico, incontrando l'aria molto fredda presente alle quote di volo, può condensare e congelare formando minuscoli cristalli di ghiaccio. La persistenza e l'espansione della scia dipendono poi dalle condizioni di temperatura e umidità dell'atmosfera. Le fonti meteorologiche istituzionali, tra cui il Servizio Meteorologico dell'Aeronautica Militare, descrivono questi meccanismi senza ricorrere all'ipotesi di una deliberata dispersione di sostanze chimiche. Anche la diversa durata, forma o apparente colorazione delle scie può essere spiegata dalle condizioni atmosferiche e dai fenomeni ottici che interessano le particelle di ghiaccio. Pertanto, nel contesto scientifico e meteorologico, il termine “scie chimiche” non identifica un fenomeno distinto dalle normali scie di condensazione, ma una teoria non supportata dalle evidenze scientifiche disponibili.
Conclusione
Una scia di condensazione è il risultato di un processo fisico relativamente semplice nei suoi principi, ma estremamente variabile nelle sue manifestazioni.
Il passaggio dell'aeromobile, le caratteristiche dei gas di scarico e soprattutto le condizioni dell'atmosfera determinano la formazione della scia. Temperatura e umidità stabiliscono se i cristalli di ghiaccio appena formati saranno rapidamente eliminati oppure potranno persistere e svilupparsi in una struttura nuvolosa più ampia. Quando le condizioni microfisiche e geometriche sono favorevoli, la stessa struttura può diventare teatro di un fenomeno ottico particolarmente suggestivo: l'iridescenza. Le minuscole particelle presenti nella nube diffrangono la luce solare e possono produrre le caratteristiche tonalità pastello che talvolta accompagnano le scie o le nubi di condensazione. Osservare una scia iridescente significa quindi assistere contemporaneamente a due fenomeni: da una parte la trasformazione dell'acqua nell'atmosfera, dall'altra l'interazione della luce con particelle microscopiche. È proprio questa combinazione di meteorologia e ottica a rendere le scie di condensazione un fenomeno tanto interessante da osservare e studiare.
Bibliografia nazionale
- Servizio Meteorologico dell'Aeronautica Militare — Scie di condensazione: la fisica dell'atmosfera applicata alla meteorologia aeronautica. Meteo Aeronautica Militare
- Servizio Meteorologico dell'Aeronautica Militare — Jet, nubi di condensazione e iridescenza. Meteo Aeronautica Militare
- MeteoAM — classificazione delle nubi speciali homogenitus e homomutatus. Meteo Aeronautica Militare
Bibliografia internazionale
- WMO — International Cloud Atlas: classificazione delle fotometeore.
- Atmospheric Optics: spiegazione della formazione degli archi prodotti dai cristalli di ghiaccio.
- Robert Greenler, Rainbows, Halos, and Glories, edizione 2020: trattazione fisica dei fenomeni atmosferici.
- WMO — International Cloud Atlas: riferimento terminologico istituzionale.
- Craig F. Bohren e Donald R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles: riferimento teorico per la diffusione della luce da parte delle particelle.
