Le meraviglie di un ghiacciolo... salato

Che spettacolo! Una bella nevicata è sempre affascinante, e per questo Tano stette quasi tutto il pomeriggio a guardare fuori della finestra della baita di montagna in cui si era rifugiato insieme con i suoi amici, in attesa che si potesse uscire e provare i suoi sci. Dopo qualche giorno, però, un'altro spettacolo si presentò davanti i suoi occhi: dal tetto della baita pendevano tanti ghiaccioli, magnificamente illuminati dal Sole. Come si erano formati?

Tipicamente, tali ghiaccioli si formano dall'acqua ottenuta dalla neve o dal ghiaccio che fonde a causa del calore del Sole (o di un'altra sorgente di calore): se la temperatura ambiente rimane comunque sotto 0 gradi, l'acqua si rigela, formando così nuovamente del ghiaccio. Con il passare del tempo, tale processo si ripete più volte, e il ghiacciolo aumenta di spessore e di lunghezza. La forma di tali ghiaccioli è normalmente appuntita (tipo cono rovesciato), ma vari fattori possono influenzare la loro forma: la superficie da cui si formano, infatti, potrebbe essere liscia e diritta, oppure irregolare; l'acqua che poi rigela potrebbe cadere in linea retta, oppure venire da più direzioni; nella zona dove si formano i ghiaccioli ci potrebbe essere più o meno vento, che tende ad “arrotondare” le punte; ecc. 

Tano, però, non si accontentò di tale spiegazione, poiché aveva notato che i “suoi” ghiaccioli avevano una strana particolarità, che li rendeva ancora più interessanti: sulla struttura a cono rovesciato, ben appuntito, si notavano delle “ondulazioni” molto accentuate, come se il cono fosse formato da tanti dischi arrotondati sovrapposti l'uno all'altro, come nella figura qui sotto. A cosa era dovuta tale strana formazione?

Su questo punto dovetti essere un po' più evasivo, poiché – strano a dirsi – non si è ancora capito pienamente a cosa è dovuta la formazione di queste “ondulazioni”... Molte volte, infatti, esse si formano regolarmente (e, talvolta, in maniera anche molto accentuata), ma molte altre volte i ghiaccioli sono ben lisci. E il mistero è reso ancora più intrigante dal fatto che tali ondulazioni hanno sempre la stessa “lunghezza” (ovvero lo spessore dei “dischi sovrapposti” è sempre lo stesso), indipendentemente da quanto sia grande il ghiacciolo o dove esso si sia formato. Come è possibile?

La prima spiegazione che può venire in mente ad un fisico è quella che presuppone che, quando si creano delle “punte” per un qualsiasi motivo, in quelle zone l'acqua congela più rapidamente che in altre zone, poiché lì il calore viene rimosso più rapidamente che altrove, non fosse altro che per un motivo geometrico. In tal caso, allora, un qualunque difetto che viene a crearsi molto facilmente su un ghiacciolo causa una maggiore formazione di ghiaccio, che quindi dà il via alla formazione delle “ondulazioni” che poi crescono gradualmente. Questo, però, non spiega alcuni dettagli che si osservano (come appunto quello evidenziato sopra sulla “lunghezza d'onda”), ed altre teorie alternative sono state proposte, con alla base fenomeni sempre più complessi, e quindi meno convincenti. Non vi è ancora, quindi, una spiegazione soddisfacente...

Per fortuna di Tano (e anche del sottoscritto, che ha evitato una brutta figura), però, recentemente alcuni ricercatori canadesi dell'Università di Toronto hanno fatto una serie di esperimenti sui ghiaccioli che sembrano andare nella direzione giusta per risolvere il mistero.

In tali esperimenti, i ricercatori hanno ricreato in laboratorio le condizioni per la formazione di ghiaccioli, facendo scorrere dell'acqua da una punta di legno, in condizioni attentamente controllate di temperatura ambiente (usando, in pratica, un congelatore), velocità di afflusso dell'acqua, vento dell'aria intorno al ghiacciolo (controllato da piccole ventole), ecc. La formazione dei ghiaccioli è stata, poi, ripresa da una videocamera e, quindi analizzata accuratamente. L'analisi di 67 ghiaccioli ha rivelato una proprietà molto interessante: quando veniva usata dell'acqua distillata, non si formava nessuna “ondulazione”, mentre la formazione di queste era molto favorita se all'acqua veniva aggiunta una certa (piccola) quantità di normale sale da cucina. E più era alta la concentrazione di sale, più rapidamente si formavano le “ondulazioni”, che quindi potevano raggiungere delle ampiezze anche molto grandi. Nella figura qui sotto, ad esempio, viene riportato (a sinistra) un ghiacciolo fatto con acqua distillata, un altro (al centro) con una certa concentrazione di sale, e infine (a destra) un ghiacciolo fatto con una concentrazione di sale circa dieci volte maggiore.

I ricercatori canadesi, tuttavia, non si sono accontentati di acqua “artificiale”, per cui hanno pure fatto esperimenti con acqua ottenuta naturalmente dalla fusione del ghiaccio su un tetto di una casa a Toronto, dove si osservavano dei bei ghiaccioli “ondulati”. Un'analisi chimica di tale acqua ha mostrato che essa era sufficientemente “salata” per formare le ondulazioni, come era già stato osservato. Una bella conferma!

Tale scoperta, pur chiarendo la causa principale della formazione di “ondulazioni” sui ghiaccioli, non basta ancora a chiarire del tutto il mistero, poiché non è ancora chiaro perché le impurezze saline dell'acqua hanno un siffatto effetto. Il sale da cucina, ovvero il composto chimico noto come cloruro di sodio, è infatti noto essere un composto ionico(come altri sali), ossia, quando si trova in acqua, si decompone in due parti cariche elettricamente, lo ione Na + e lo ione Cl^-. Questo può certamente favorire l'aggregazione di altre particelle cariche elettricamente, ma non si capisce ancora l'effetto che potrebbe avere sul ghiaccio per la formazione delle ondulazioni.

Tano, tuttavia, sembrava ora abbastanza soddisfatto (almeno per il momento!) dalla nuova scoperta, anche se si meravigliò alquanto che qualcuno avesse fatto degli esperimenti così accurati su un fenomeno molto curioso. In realtà – gli spiegai – l'interesse non è solo quello di soddisfare la curiosità di alcuni, ma anche di tipo squisitamente ingegneristico. Lo studio dell'eliminazione (o anche solo dell'attenuazione) dei danni provocati dalla formazione di ghiaccio su aerei, imbarcazioni o altre strutture del genere costituisce, infatti, una branca molto attiva dell'ingegneria. Ed ugualmente importante è lo studio di ghiaccioli apparentemente innocenti che, se vengono a formarsi su apparecchiature ad alta tensione, possono agire – non volutamente – come dei parafulmini all'incontrario, specialmente se sufficientemente “salati”, in modo tale da poter condurre facilmente corrente elettrica.

Il mistero, purtroppo, anche se meno fitto, è ancora tutto da risolvere. Ed è evidente che, per far ciò, occorre qualche altra buona idea da parte di qualcuno con un po' più di... sale in zucca! Ne conoscete qualcuno?

S. Esposito, fisico