Formazione ed evoluzione del manto nevoso Parte Ia

Formazione ed evoluzione del manto nevoso Parte Ia Corso per Osservatore Nivologico Modulo AINEVA 2a 22-26 febbraio 2016 Passo Rolle (TN) LA NEVE definizione Forme cristalline solide dell acqua; cristalli di ghiaccio si formano nell atmosfera a varie quote e condizioni 1

IL MANTO NEVOSO O NEVE AL SUOLO definizione struttura complessa diversificata ed in continua evoluzione formato da un miscugliodi acqua allo stato solido (ghiaccio sia cristallino sia amorfo), allo stato liquido, allo stato di vapore, di aria e varie altre sostanze e materiali raccolti durante la precipitazione o inglobati al suolo gli equilibri tra queste sostanze e la loro conformazione, nel caso del ghiaccio, determinano le caratteristiche e il comportamento del manto nevoso Alcuni esempi di manto nevoso MANTO NEVOSO CON NEVE FRESCA NON ASSESTATA 2

MANTO NEVOSO MODELLATO DAL VENTO MANTO NEVOSO CON BRINA DI SUPERFICIE 3

MANTO NEVOSO CON FIRNSPIEGEL MANTO NEVOSO RUSCELLATO CROSTA DA PIOGGIA 4

formazione della neve meteorica in atmosfera l acqua è presente allo stato gassoso (vapore), allo stato liquido e solido (ghiaccio) in aria pura la solidificazione dovrebbe iniziare, in teoria, a 0,1 C ma in realtà (alta turbolenza e variabilità delle condizioni) l acqua resta a lungo in sovrafusione formazione della neve meteorica in atmosfera l acqua è presente allo TRANSIZIONI DI STATO stato gassoso (vapore) allo stato liquido e solido (ghiaccio) GAS in aria pura in teoria la solidificazione dovrebbe iniziare a 0,1 C ma in realtà (alta turbolenza e variabilità delle condizioni) resta a lungo in sopraffusione SUBLIMAZIONE EVAPORAZIONE LIQUIDO CONDENSAZIONE BRINAMENTO O DEPOSIZIONE FUSIONE SOLIDIFICAZIONE SOLIDO 5

formazione della neve meteorica Il Processo ha inizio nella nube La nube è composta da goccioline di acqua allo stato sopraffuso (vapore acqueo condensato) che resistono allo stato liquido anche a temperature al di sotto dello zero T ( C) Raffreddamento del liquido Raffreddamento del solido Sopraffusione t (tempo) Solidificazione formazione della neve meteorica per fortuna l aria non è pura e in presenza di impurità solide (micro polveri di argille o sali, vari prodotti di eruzione vulcanica, particelle d inquinanti, ecc.) la solidificazione può avvenire già a 9 C e quindi a quote basse con buona concentrazione di vapore i granuli di pulviscolo funzionano da catalizzatori: abbassano l energia di attivazione per la formazione dei legami molecolari ( nuclei di congelamento o germi cristallini) con la formazione del microcristalli di ghiaccio 6

RETICOLO CRISTALLINO ACQUA formazione della neve meteorica 7

formazione della neve meteorica -6 / -10 C con le giuste temperature e pressione di vapore si ha migrazione di molecole di acqua verso i microcristalli (per riequilibrio = migrazione verso zone più fredde) questo tipo di formazione è detta assunzione per sublimazione -13 / -18 C -12 C Il cristallo si accresce, in funzione della temperatura e dell umidità, lungo gli assi cristallini in maniera più o meno ordinata con le giuste temperature e pressione di vapore si ha migrazione di molecole di acqua verso i microcristalli (per riequilibrio = migrazione verso zone più fredde) questo tipo di formazione è detta assunzione per sublimazione formazione della neve meteorica Il cristallo si accresce, in funzione della temperatura e dell umidità, lungo gli assi cristallini in maniera più o meno ordinata 8

Varie forme della neve meteorica il processo avviene nella libera atmosfera e quindi incondizioni ovviamente molto variabili dando luogo a una grande molteplicità di forme F1 PIATTI F2 STELLE F3 COLONNE F4 AGHI F5 DENDRITI SPAZIALI F6 COLONNE CHIUSE F7 PARTICELLE IRREGOLARI F8 GRAPPOLI F9 NEVISCHIO F10 GRANDINE 0 /-3 C 0 /-3 C -5 /-8 C -3 /-5 C -10 /-18 C -8 /-10 C -8 /-10 C -18 /-20 C -18 /-20 C -20 /-25 C F1 PIATTI Varie forme della neve meteorica il processo avviene nella libera atmosfera e quindi incondizioni ovviamente molto variabili dando luogo a una grande molteplicità di forme F1 PIATTI F2 STELLE F3 COLONNE F4 AGHI F5 DENDRITI SPAZIALI F6 COLONNE CHIUSE F7 PARTICELLE IRREGOLARI F8 GRAPPOLI F9 NEVISCHIO F10 GRANDINE 0 /-3 C 0 /-3 C -5 /-8 C -3 /-5 C -10 /-18 C -8 /-10 C -8 /-10 C -18 /-20 C -18 /-20 C -20 /-25 C F2 STELLE 9

Varie forme della neve meteorica il processo avviene nella libera atmosfera e quindi incondizioni ovviamente molto variabili dando luogo a una grande molteplicità di forme F1 PIATTI F2 STELLE F3 COLONNE F4 AGHI F5 DENDRITI SPAZIALI F6 COLONNE CHIUSE F7 PARTICELLE IRREGOLARI F8 GRAPPOLI F9 NEVISCHIO F10 GRANDINE 0 /-3 C 0 /-3 C -5 /-8 C -3 /-5 C -10 /-18 C -8 /-10 C -8 /-10 C -18 /-20 C -18 /-20 C -20 /-25 C F3 COLONNE Varie forme della neve meteorica il processo avviene nella libera atmosfera e quindi incondizioni ovviamente molto variabili dando luogo a una grande molteplicità di forme F1 PIATTI F2 STELLE F3 COLONNE F4 AGHI F5 DENDRITI SPAZIALI F6 COLONNE CHIUSE F7 PARTICELLE IRREGOLARI F8 GRAPPOLI F9 NEVISCHIO F10 GRANDINE 0 /-3 C 0 /-3 C -5 /-8 C -3 /-5 C -10 /-18 C -8 /-10 C -8 /-10 C -18 /-20 C -18 /-20 C -20 /-25 C F4 AGHI 10

Varie forme della neve meteorica il processo avviene nella libera atmosfera e quindi incondizioni ovviamente molto variabili dando luogo a una grande molteplicità di forme F1 PIATTI F2 STELLE F3 COLONNE F4 AGHI F5 DENDRITI SPAZIALI F6 COLONNE CHIUSE F7 PARTICELLE IRREGOLARI F8 GRAPPOLI F9 NEVISCHIO F10 GRANDINE 0 /-3 C 0 /-3 C -5 /-8 C -3 /-5 C -10 /-18 C -8 /-10 C -8 /-10 C -18 /-20 C -18 /-20 C -20 /-25 C F5 DENDRITI SPAZIALI Varie forme della neve meteorica il processo avviene nella libera atmosfera e quindi incondizioni ovviamente molto variabili dando luogo a una grande molteplicità di forme F1 PIATTI F2 STELLE F3 COLONNE F4 AGHI F5 DENDRITI SPAZIALI F6 COLONNE CHIUSE F7 PARTICELLE IRREGOLARI F8 GRAPPOLI F9 NEVISCHIO F10 GRANDINE 0 /-3 C 0 /-3 C -5 /-8 C -3 /-5 C -10 /-18 C -8 /-10 C -8 /-10 C -18 /-20 C -18 /-20 C -20 /-25 C F6 COLONNE CHIUSE 11

Varie forme della neve meteorica il processo avviene nella libera atmosfera e quindi incondizioni ovviamente molto variabili dando luogo a una grande molteplicità di forme F1 PIATTI F2 STELLE F3 COLONNE F4 AGHI F5 DENDRITI SPAZIALI F6 COLONNE CHIUSE F7 PARTICELLE IRREGOLARI F8 GRAPPOLI F9 NEVISCHIO F10 GRANDINE 0 /-3 C 0 /-3 C -5 /-8 C -3 /-5 C -10 /-18 C -8 /-10 C -8 /-10 C -18 /-20 C -18 /-20 C -20 /-25 C F7 PARTICELLE IRREGOLARI Varie forme della neve meteorica il processo avviene nella libera atmosfera e quindi incondizioni ovviamente molto variabili dando luogo a una grande molteplicità di forme F1 PIATTI F2 STELLE F3 COLONNE F4 AGHI F5 DENDRITI SPAZIALI F6 COLONNE CHIUSE F7 PARTICELLE IRREGOLARI F8 GRAPPOLI F9 NEVISCHIO F10 GRANDINE 0 /-3 C 0 /-3 C -5 /-8 C -3 /-5 C -10 /-18 C -8 /-10 C -8 /-10 C -18 /-20 C -18 /-20 C -20 /-25 C F8 GRAPPOLI 12

Varie forme della neve meteorica il processo avviene nella libera atmosfera e quindi incondizioni ovviamente molto variabili dando luogo a una grande molteplicità di forme F1 PIATTI F2 STELLE F3 COLONNE F4 AGHI F5 DENDRITI SPAZIALI F6 COLONNE CHIUSE F7 PARTICELLE IRREGOLARI F8 GRAPPOLI F9 NEVISCHIO F10 GRANDINE 0 /-3 C 0 /-3 C -5 /-8 C -3 /-5 C -10 /-18 C -8 /-10 C -8 /-10 C -18 /-20 C -18 /-20 C -20 /-25 C F9 NEVISCHIO Varie forme della neve meteorica il processo avviene nella libera atmosfera e quindi incondizioni ovviamente molto variabili dando luogo a una grande molteplicità di forme F1 PIATTI F2 STELLE F3 COLONNE F4 AGHI F5 DENDRITI SPAZIALI F6 COLONNE CHIUSE F7 PARTICELLE IRREGOLARI F8 GRAPPOLI F9 NEVISCHIO F10 GRANDINE 0 /-3 C 0 /-3 C -5 /-8 C -3 /-5 C -10 /-18 C -8 /-10 C -8 /-10 C -18 /-20 C -18 /-20 C -20 /-25 C F10 GRANDINE 13

0,3 Forme e condizioni di formazione Formazione di superfici Formazione di bordi e angoli PIATTI COLONNE PIATTI COLONNE E PIATTI Formazione di angoli aghi dendriti Supersaturazione (g/m 3 ) 0,2 dendriti 0,1 piatti colonne cave piatti settorati piatti sottili curva saturazione acqua Formazione di bordi colonne piatti solidi Temperatura (C ) piatti 0 prismi solidi Semiequilibrio 0-5 -10-15 -20-25 -30-35 C la forma è influenzata dalla supersaturazione di vapore rispetto al ghiaccio e dalla temperatura, mentre la velocità di formazione è meno influente Particelle di precipitazione brinate oltre alla assunzione per sublimazione si può avere l assunzione diretta di goccioline di acqua in condizioni di forte umidità sulla superficie fredda dei cristalli = brinamento avviene in condizioni di turbolenza con risalita dei cristalli all interno della nube stessa 14

Neve pallottolare nevischio o neve pallottolare si tratta di una forma particolarmente importante perché forma ottimi piani di scivolamento per le valanghe altre idrometeore solide brina di superficie sublimazione di vapore con cristallizzazione (deposizione) su superfici fredde in assenza di vento di giorno riscaldamento con accumulo di vapore al suolo, di notte forte irraggiamento con raffreddamento della superficie della neve = deposizione (sublimazione inversa) con formazione di lamelle o ventagli strutture estremamente fragili e ottime per costituire lo strato debole e il piano di scivolamento delle valanghe nel caso di inglobamento nel manto nevoso 15

altre idrometeore solide brina di superficie sublimazione di vapore con cristallizzazione (deposizione) su superfici fredde in assenza di vento di giorno riscaldamento con accumulo di vapore al suolo, di notte forte irraggiamento con raffreddamento della superficie della neve = deposizione (sublimazione inversa) con formazione di lamelle o ventagli strutture estremamente fragili e ottime per costituire lo strato debole e il piano di scivolamento delle valanghe nel caso di inglobamento nel manto nevoso altre idrometeore solide brina di superficie sublimazione di vapore con cristallizzazione (deposizione) su superfici fredde in assenza di vento di giorno riscaldamento con accumulo di vapore al suolo, di notte forte irraggiamento con raffreddamento della superficie della neve = deposizione (sublimazione inversa) con formazione di lamelle o ventagli strutture estremamente fragili e ottime per costituire lo strato debole e il piano di scivolamento delle valanghe nel caso di inglobamento nel manto nevoso 16

altre idrometeore solide brina di superficie sublimazione di vapore con cristallizzazione (deposizione) su superfici fredde in assenza di vento di giorno riscaldamento con accumulo di vapore al suolo, di notte forte irraggiamento con raffreddamento della superficie della neve = deposizione (sublimazione inversa) con formazione di lamelle o ventagli strutture estremamente fragili e ottime per costituire lo strato debole e il piano di scivolamento delle valanghe nel caso di inglobamento nel manto nevoso altre idrometeore solide brina di superficie 17

Brina di superficie inglobata nel manto nevoso 18

Condizioni che favoriscono la crescita di brina di superficie Cielo sereno Favorisce il raffreddamento della superficie del manto nevoso (quindi la creazione di un substrato freddo) attraverso l irraggiamento Assenza di vento o vento debole La presenza di vento impedisce il raggiungimento della temperatura di rugiada. La calma di vento o il vento molto debole, invece, favorisce un continuo apporto di umidità e la rapida crescita della brina di superficie Terreno poco esposto al vento (vallecole, radure bosco, limite del bosco) Temperature dell aria basse Aumentano l umidità relativa Alta umidità relativa Apporta più umidità disponibile per la crescita dei cristalli di brina di superficie Vicinanza a fonti di vapor d acqua Corsi d acqua, specchi lacustri, terreno umido e vegetazione favoriscono l aumento dell umidità relativa delle masse d aria Formazione della brina di superficie 19

Formazione della brina di superficie SOLE VENTO Formazione della brina di superficie NEVICATA NEVICATA CON VENTO VENTO 20

altre idrometeore solide galaverna brina opaca o brina soffice o galaverna in presenza di nebbia o nubi basse (forte umidità), con temperature minori di 0 Ce con vento si ha solidificazione di gocce di acqua in forma di granuli di ghiaccio bianco opaco sui lati esposti al vento anche questa è una struttura decisamente fragile e quindi pericolosa nel caso di inglobamento nel manto nevoso altre idrometeore solide galaverna 21

altre idrometeore solide: sferette di ghiaccio goccioline di pioggia ghiacciate costituirebbero un grosso pericolo: struttura decisamente fragile e quindi pericolosa nel caso di inglobamento nel manto nevoso Ma in generale non si verificano precipitazioni in grado di formare strati deboli altre idrometeore solide: grandine crescita di grani di ghiaccio amorfo, in atmosfera con molta turbolenza, per solidificazione in vari strati di acqua sopraffusa se si seziona un grano si individuano le stratificazioni; meno importante per le valanghe: si verifica in genere nei mesi caldi ed è più rara in inverno 22

La neve al suolo:il manto nevoso Il manto è un miscuglio, in proporzioni variabilissime, di cristalli di ghiaccio, vapore d'acqua, acqualiquida, aria e vari altri componenti meteorici o presenti al suolo la struttura, composizione e caratteristiche chimico fisiche sono in continua evoluzione a causa di molteplici fattori Fattori che influenzano l evoluzione del manto nevoso: pressioni Il caricoindotto dall accumulo di nuove precipitazioni nevose (es. 50 cm di neve con densità = 150 kg/mc determina un carico di 75 kg/mq), pioggia, sollecitazioni esterne (persone, animali, mezzi, vento) causa una diminuzione degli spessori, compattazione, variazione delle forme cristalline, diminuzione del contenuto in aria Assestamento e sinterizzazione per compressione 23

Fattori che influenzano l evoluzione del manto nevoso Nuove precipitazioni Radiazione incidente Radiazione riflessa Trasferimento turbolento del calore Radiazione notturna venti Bilancio negativo (radiazione diffusa nell atmosfera) Radiazione infrarosso Bilancio positivo (radiazione assorbita) Bilancio negativo (radiazione diffusa nell atmosfera) Flusso geotermico Bilancio positivo per apporto di calore Bilancio variabile in funzione della temperatura dell agente atmosferico Il flusso dicalore geotermico apporto di calore dovuto al calore interno al pianeta (calore latente immagazzinato alla sua formazione, decadimento di materiali radioattivi, sprigionamento di energia per gli attriti tra le placche continentali, ecc.) è unflusso costante di 50 kcal/cmq/anno con un manto di 50-60 cm (ottimo isolante) il flusso geotermico determina una temperatura di 0 C al suolo condizione decisiva per l'evoluzione della neve al suolo: è il solo fattore costante 0 C Flusso geotermico Bilancio positivo per apporto di calore 24

TRASMISSIONE DELL ENERGIA TERMICA NEL MANTO NEVOSO RADIAZIONE SOLARE PRECIPITAZIONE LIQUIDA EVAPORAZIONE CONDENSAZIONE 80% REIRRADIAZIONE CONDUZIONE MANTO / SUOLO RADIAZIONE 25% CONDUZIONE NEL MANTO 25

LO SPETTRO DELLA LUCE SOLARE Fattori che influenzano l evoluzione del manto nevoso: radiazione incidente Radiazione incidente soleggiamentodiretto = alte frequenze (quelle dell ultravioletto e quelle del visibile)= le nevi fresche riflettono fino al 90% con un minimo del 60% per le nevi sporche e con grossi cristalli tondeggianti per questo la radiazione diretta scalda pochissimo il manto nevoso Radiazione riflessa 26

Fattori che influenzano l evoluzione del manto nevoso: radiazione riflessa Radiazione incidente Radiazione riflessa radiazione nell infrarosso radiazione infrarossa = basse frequenze = tipica delle giornate nuvolose = è efficace e determina il riscaldamento del manto (bilancio termico positivo) ecco perché nelle giornate serene la neve può essere secca mentre nelle giornate nuvolose è spesso umida Risultato: Aumento generalizzato della temperatura anche nei versanti in ombra Fonde più neve una giornata con nubi che una giornata serena Esempi: Giornata serena neve asciutta e fredda anche al sole Giornata nuvolosa neve meno fredda e umida anche a nord 27

Fattori che influenzano l evoluzione del manto nevoso: nebbia elevata umidità apporto di calore durante le ore calde durante le ore fredde condensazione e sublimazione con brinamento (in assenza di vento) Fattori che influenzano l evoluzione del manto nevoso:il vento venti Trasferimento turbolento del calore Azione meccanica e termica 28

il vento: azione meccanica rimaneggiamento del manto nevoso con spostamento anche di grandi masse = lastroni da vento effetti meccanici sui cristalli con variazione delle forme e dei tipi di legami EFFETTO DEL VENTO SUL MANTO NEVOSO COMPATTAZIONE EROSIONE TRASPORTO 29

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il vento: trasporto di calore Agisce come una fondamentale pompa di calorecon importantissimi effetti sugli scambi termici apportando o asportando calore e vapore venti Trasferimento turbolento del calore gli effetti termici sono molto più rapidi e importanti rispetto agli altri fattori Un vento freddo e secco può raffreddare molto rapidamente il manto nevoso anche in profondità in poco tempo (anche in 1 giorno) l effetto contrario (riscaldamento in profondità) è ottenuto da un vento caldo Fattori che influenzano l evoluzione del manto nevoso irraggiamento notturno con cielo sereno forte perdita di calore soprattutto nelle notti serene (con un bilancio termico negativo) e forte raffreddamento del manto nevoso 31

Fattori che influenzano l evoluzione del manto nevoso: la temperatura Si è fin qui compreso che uno dei fattori fondamentali dell evoluzione del manto nevoso è il calore acquisito o perso dalla neve al suolo TEMPERATURA DELL ARIA Andremo ora ad esaminare gli effetti delle variazioni di temperatura nel manto nevoso con i conseguentimetamorfismi dei cristalli di neve Per studiare questi aspetti si procede alla misurazione della temperatura del manto nevoso con un scavo e la misurazione ogni 10 cm TEMPERATURA INTERNA DEL MANTO NEVOSO TEMPERATURA DELLA SUPERFICIE DELLA NEVE PRIMI 30 cm TEMPERATURA AL SUOLO SCAMBI TERMICI MANTO / ATMOSFERA ATMOSFERA TRASMISSIONE CALORE ASSORBIMENTO CALORE 60 cm 40 cm 20 cm 0 cm -4 C -5 C -8 C -10 C -18 C -17 C -15 C -10 C ASSORBIMENTO CALORE TRASMISSIONE CALORE MANTO NEVOSO 32

la temperatura Ladistribuzionedelle temperature in senso verticale è dovuta agli scambi termici all interno del manto nevoso e tra questo e il suolo e l atmosfera ISOTERMIA all interno del manto questo avviene per conduzione termica della fase ghiaccio, della fase liquida e scambio di calore latente in evaporazione e sublimazione fino a poco tempo fa si riteneva che questo avvenisse fondamentalmente per convezione gassosa (possibile in zone molto fredde Alaska) secondo Gubleralle nostre latitudini non esiste = il flusso divapore avvieneper tensione superficiale intorno ai cristalli e nelle microcavità GRADIENTE TERMICO GRADIENTE TERMICO DEL MANTO NEVOSO H 1 H2 T 1 T 2 GT DEBOLE T< 0,05 C/cm GT MEDIO 0,05 C < T< 0,2 C/cm GT ALTO T> 0,2 C/cm -15-10 -5 0 c 2 m G = (T1 T2 / H1 H2) = C/m -15-10 -5 0 c -15-10 -5 0 c notte giorno 1 m aria calda aria fredda 10 C / m 15 C / m 5 C / m 33

METAMORFISMI DEL MANTO NEVOSO ESISTONO 3 TIPI DI GRADIENTE TERMICO NELLA NEVE A CUI CORRISPONDONO 3 TIPI DI METAMORFISMO BASSO GRADIENTE piccola variazione di temperatura, fino a 0,05 C/cm metamorfismo distruttivo (neve asciutta) MEDIO GRADIENTE variazione di temperatura, da 0,05 a 0,2 C/cm metamorfismo distruttivo lento o lieve crescita cinetica dei cristalli (neve asciutta) ALTO GRADIENTE variazione di temperatura oltre 0,2 C/cm metamorfismo costruttivo con forte crescita cinetica dei cristalli (neve asciutta) ESISTE INOLTRE UNA CONDIZIONE IN CUI NON C E GRADIENTE TERMICO NEL MANTO NEVOSO: ISOTERMIA MODALITA DI VARIAZIONE DEI GRADIENTI DI TEMPERATURA TEMPERATURE SPESSORI FREDDO -10 C CALDO -1 C FREDDO -10 C FORTE GRADIENTE TEMPERATURA 0 C DEBOLE GRADIENTE TEMPERATURA 0 C FREDDO -10 C FORTE GRADIENTE TEMPERATURA 0 C DEBOLE GRADIENTE TEMPERATURA 0 C CALDO CALDO CALDO CALDO 34

METAMORFISMI DEL MANTO NEVOSO la temperatura: grafici e gradienti riportando su un grafico in ordinata le altezze di misurazione e in ascissa le temperature si ottiene l'andamento che può essere fondamentalmente di tre tipi: Temperature dafusione= prossime allo zero Dabasso gradiente Spessore manto [cm] < 0,05 C/cm G = (ΔT / ΔH) = C/m Da medio e alto gradiente Temperature [ C] 35

Metamorfismi da debole gradiente la tensione di vaporenon è omogenea più molecole attorno ai punti meno freddi (parti fini o appuntite o convesse) meno molecole nei punti più "freddi (parti grosse o concavità) la stessa cosa vale tra un cristallo piccolo e uno grosso per riequilibrio energetico si ha migrazione di molecole verso le zone a minor tensione di vapore in zone fini = liberazione di molecole (zone meno fredde) in zone di arrivo = deposito di molecole nelle zone più fredde Metamorfismo da debole gradiente Scambi con atmosfera Gradiente < 0,05 C/cm Spessore manto [cm] Spessore manto [cm] Temperature [ C] Flusso geotermico 36

Metamorfismo da debole gradiente o metamorfismo distruttivo NEVE FRESCA NEVE POLVEROSA NEVE FINEMENTE GRANULOSA NEVE GRANULOSA nelle fasi iniziali la stella esagonale perde alcuni bracci ma sono ancora riconoscibili le strutture dendritiche iniziali PORO GRANI PORO PORO COLLI PORO nello stadio finale il cristallo diviene una sferula con diametro minore o uguale a 0,5 mm (classica forma della neve dei lastroni da vento) detti grani fini con conseguente perdita di aria e assestamento 37

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3 3a Igor Chiambretti 41

Se la temperatura resta bassa la trasformazione è lenta 42

debole gradiente: sinterizzazione Con il procedere dei processi si formano legami molto forti. Per la sola azione della temperatura i tempi richiedono giorni. Gli stessi risultati possono essere raggiunti anche in poche ore dal vento lastroni da vento sinterizzazione Igor Chiambretti 43

sinterizzazione Igor Chiambretti Igor Chiambretti 44

Metamorfismo da basso gradiente I fattori che promuovono lo sviluppo di metamorfismo da basso gradiente (metamorfismo distruttivo) con formazione di particelle arrotondate sono: Temperature miti Manto nevoso spesso Gradienti di temperatura deboli Neve ad alta densità 45

Metamorfismi da debole gradiente Con le pressioni e il vento i processi visti sono determinanti per l'assestamento (riduzione dello spessore del manto) ALTEZZA DEL MANTO ORIGINARIO ASSESTAMENTO PERCENTUALE ASSESTAMENTI NUMERO DI GIORNI DALLA PRECIPITAZIONE Metamorfismi dagradiente medio ed elevato Scambi con atmosfera 0.05 C/cm < Gradiente < 0,2 C/cm Spessore manto [cm] Spessore manto [cm] Gradiente > 0,2 C/cm Flusso geotermico 46

Metamorfismi da gradiente medio ed elevato Si hanno sensibili differenze (>0,06 C/cm) non solo tra le parti dei cristalli (zone convesse e concave) ma tra singoli strati Si genera un flusso ascensionale di vapore da strati "meno freddi" inferiori verso quelli più freddi" superiori per trasporto di calore attraverso la fase ghiaccio (più conduttore dell'aria) e per trasporto di vapore (calore latente) quest'ultimo è piccolo = satura 2-3 pori superiori poi sublima e così via DEPOSIZIONE SULLE FACCE INFERIORI XX ARIA FREDDA E UMIDA ARIA CALDA E UMIDA SUBLIMAZIONE XX Metamorfismi dagradiente medio il vapore solidifica sui cristalli più freddi superiori formando superfici piane e sfaccettature sempre con struttura esagonale = cristalli sfaccettati SOLIDIFICAZIONE SUBLIMAZIONE 47

after Pinzer et alii(2012) 48

4a Igor Chiambretti 49

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Metamorfismo da medio elevato gradiente I fattori che promuovono lo sviluppo di metamorfismo da medio gradiente (metamorfismo costruttivo) con formazione di particelle sfaccettate sono: Temperature fredde Manto nevoso poco spesso Gradienti di temperatura medio-elevati Neve a bassa densità 53

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Metamorfismo da medio elevato gradiente I fattori che promuovono lo sviluppo di metamorfismo da elevato gradiente (metamorfismo costruttivo) con formazione di particelle sfaccettate sono: Temperature fredde Manto nevoso poco spesso Gradienti di temperatura medio-elevati Neve a bassa densità 56

Curvatura Temperatura Diffusione Reazione Metamorfismi da gradiente elevato (> 0,15-0.20 C/cm) il processo è molto attivo il vapore che sale solidificaalla base dei granuli superiori con cristallizzazione esagonale e forte aumento delle dimensioni (si arriva anche ai cm) SOLIDIFICAZIONE SOLIDIFICAZIONE SOLIDIFICAZIONE formazione di piramidi esagonali, spesso cave, dettecristalli a calice o brina di fondo 57

Metamorfismi da gradiente elevato il processo termina con una specie dicorto circuito termico: il cristallo superiore che cresce tocca quello inferiore che decresce si ha la scomparsa dilegami orizzontali e la formazione di soli legami verticali molto deboli si formano strutture acolonne rigide che presentano una buona resistenza alla compressione (possono sopportare anche nevicate importanti) ma scarsissima resistenza al taglio (determinante per la stabilità del manto) 58

Metamorfismi da gradiente elevato il processo è favorito sui versanti in ombra, dalla bassa densità del manto nevoso (alta tensione di vapore e presenza di aria), dalla presenza di cavità (erbe alte, arbusti, ghiaioni, ecc.), da bassi spessori del manto nevoso(a pari temperatura aumenta il gradiente e.g. con una differenza di 15 C tra il suolo e la superficie: con 150 cm di neve gradiente = 0,1 C/cm; con 50 cm gradiente = 0,3 C/cm). Da ricordare: strati compatti impermeabili (croste da fusione e rigelo) presenti nel manto possono fungere da barriere di permeabilità(riduzione degli spessori del manto) creando uno strato basale virtuale questo processo richiede aria quindi non è possibile in presenza di acqua liquida o in nevi molto dense (per questo non avviene in strati che hanno subito fusione e rigelo anche in condizioni di alto gradiente; può avvenire sopra o sotto lo strato da fusione e rigelo) 59

Formazione della brina di fondo MANTO SOTTILE ATTORNO A ROCCE SUBAFFIORANTI, DETRITO DI FALDA, CESPUGLI MANTO SOTTILE IN CRESTA MANTO TROPPO SPESSO MANTO SOTTILE IN OMBRA DI PRECIPITAZIONE MANTO SOTTILE SUI FONDOVALLE MANTO SOTTILE SUI FONDOVALLE Formazione della brina di fondo MANTO SOTTILE ATTORNO A ROCCE SUBAFFIORANTI, DETRITO DIFALDA, CESPUGLI 60

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Metamorfismi da gradiente elevato Sia i cristalli sfaccettati sia quelli a calice costituiscono ottimi strati deboli e piani di scivolamento per le valanghe: il luccichio sul piano di scivolamento è generato da questi cristalli la brina di profondità visivamente assomiglia a sale grosso e la sua resistenza meccanica è pari a quella dei grani di polistirolo, cioè nulla 62

Crescita cinetica dei grani (metamorfismo da gradiente termico) La crescita cinetica di grani sfaccettati (brina profonda) avviene ove è più forte il gradiente termico Di norma è comune che i grani sfaccettati ed i grani a calice (brina profonda) si formino nelle porzioni basali di manti nevosi di ridotto spessore (specie all inizio della stagione). In alcune condizioni particolari, i grani sfaccettati ed i grani a calice (brina profonda) si possono accrescere anche in porzioni più superficiali del manto (in superficie o all interfaccia di croste sepolte) anche con gradienti termici apparentemente ridotti Metamorfismi da gradiente elevato Esempio di distacco di lastrone su strato debole (cristallo sfaccettato 4) 63

Metamorfismi dafusione e rigelo con temperature iniziali prossime allo zero Scambi con atmosfera Spessore manto [cm] Spessore manto [cm] Flusso geotermico Crosta da fusione e rigelo Igor Chiambretti 64

Crosta da fusione e rigelo Igor Chiambretti Metamorfismo distruttivo da Isotermia ISOTERMIA PER MANTO NEVOSO A 0 C: (stessa temperatura tra base a sommità del manto) neve umida o bagnata - Metamorfismo distruttivo da Fusione da così 65

Metamorfismo distruttivo da Isotermia ISOTERMIA PER MANTO NEVOSO A 0 C: (stessa temperatura tra base a sommità del manto) neve umida o bagnata - Metamorfismo distruttivo da Fusione da così Metamorfismo distruttivo da Isotermia ISOTERMIA PER MANTO NEVOSO A 0 C: (stessa temperatura tra base a sommità del manto) neve umida o bagnata - Metamorfismo distruttivo da Fusione da a così 66

Metamorfismo distruttivo da Isotermia ISOTERMIA PER MANTO NEVOSO A 0 C: (stessa temperatura tra base a sommità del manto) neve umida o bagnata - Metamorfismo distruttivo da Fusione da a così 67

Metamorfismi dafusione e rigelo tipici della primavera ma anche di periodi caldi in pieno inverno; quando la temperatura raggiungegli0 C = inizia la fusione e compare acqua liquida intorno ai grani Si smussano lespigolositàe si rompono i legami diretti (colli); nel caso di ritorno a basse temperature si ha rigelo in fase finale del processo di fusione e rigelo = formazione digrossi grani arrotondati e formazione di aggregati policristalliniformati dai grani di ghiaccio e dall'acqua capillare ghiacciata intorno e fra di essi Metamorfismi dafusione e rigelo 68

Metamorfismi dafusione e rigelo In caso di fusione se l acqua è poca (< 3%del volume) risale per capillarità (neve umida) e sostituisce la coesione per sinterizzazione con la coesione per capillarità (efficace-nevi primaverili) tipo cemento armato 69

Metamorfismi dafusione e rigelo In caso di fusione se l acqua è molta (>8%del volume) si ha lubrificazione e fluidificazione del manto (neve molto umida - fradicia) che causa colate e valanghe catastrofiche (densità molto elevata) 70

Metamorfismo da fusione e rigelo I fattori che promuovono lo sviluppo di metamorfismo da fusione e rigelo con formazione di policristalli arrotondati sono: Notti fredde e serene, giornate calde e soleggiate (o con velature) Pioggia Pendii ripidi esposti al sole Neve ad alta densità (con elevati tenori in acqua liquida) 71

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Metamorfismi dafusione e rigelo alle quote elevate (almeno negli anni passati) dopo la fusione primaverile ed estiva una parte del manto si conserva fino alle nevicate dell'anno successivo (e.g. formazione del nevatomassa volumica intorno ai 500-600 kg/mc) dal nevato con vari cicli annuali di fusione e rigelo si passa al ghiacciaio per perdita progressiva di aria (massa volumica prossima a 900 kg/mc) Altri Metamorfismi sinterizzazione da vento rapida frammentazione con arrotondamento più pressione meccanica con conseguente saldatura reciproca tra i cristalli (sinterizzazione) Genera anche lastroni durissimi (appena scalfibili dalle lamine degli sci o dai ramponi) 73

Altri Metamorfismi sinterizzazione da vento rapida frammentazione con arrotondamento più pressione meccanica con conseguente saldatura reciproca tra i cristalli (sinterizzazione) Genera anche lastroni durissimi (appena scalfibili dalle lamine degli sci o dai ramponi) Altri Metamorfismi sinterizzazione da vento rapida frammentazione con arrotondamento più pressione meccanica con conseguente saldatura reciproca tra i cristalli (sinterizzazione) Genera anche lastroni durissimi (appena scalfibili dalle lamine degli sci o dai ramponi) 74

Altri Metamorfismi sinterizzazione da vento rapida frammentazione con arrotondamento più pressione meccanica con conseguente saldatura reciproca tra i cristalli (sinterizzazione) Genera anche lastroni durissimi (appena scalfibili dalle lamine degli sci o dai ramponi) Altri Metamorfismi sinterizzazione da vento rapida frammentazione con arrotondamento più pressione meccanica con conseguente saldatura reciproca tra i cristalli (sinterizzazione) Genera anche lastroni durissimi (appena scalfibili dalle lamine degli sci o dai ramponi) 75

Altri Metamorfismi sinterizzazione per pressione (da carico) 76

Altri Metamorfismi Da soleggiamento diretto formazione di uno strato sottile e translucido da rigelo del vapore dato dalla radiazione diretta del sole superficie molto liscia e spesso con vuoto tra la crosta e la superficie sottostante Detta anche Firnspiegel(neve specchiata) presenta una bassissima resistenza e costituisce un ottimo piano di scivolamento QUADRO RIASSUNTIVO METAMORFISMI PP -1 PP -1 DF -2 RGsr 3a RGlr 3b PP -1 FC 4 T < 0 C G < 5 C/m DF -2 T < 0 C G < 5 C/m RG -3 FC -4 DH -5 T < 0 C G => 5 C/m T < 0 C G > 20 C/m RG 3 DF 2 T => 0 C G = 0 C/m MF -6 DH 5 77

QUADRO RIASSUNTIVO SUL METAMORFISMO T = 0 C; G = 0 C/m NEVE FRESCA T => 0 C; G = 0 C/m NEVE IN FUSIONE MET. FUSIONE T < 0 C; G < 5 C/m NEVE POLVEROSA NEVE A CALICI T < 0 C; G > 20 C/m MET. DISTRUTTIVO MET. COSTRUTTIVO NEVE GRANULOSA T < 0 C; G < 5 C/m NEVE A XX ANGOLOSI T < 0 C; G => 5 C/m 78