La quantità di vapore saturo che condensa nel raffreddamento da espansione di una massa d’aria umida in ascesa, dipende dalla temperatura. Ad es., 1 kg d’aria satura che nell’ascesa si raffreddi da 20 a 10 °C, condensa circa 7 gr di vapore, mentre 1 kg d’aria satura che passi da 10 a 0 °C condensa appena 3,5 gr di vapore. La quantità di vapore condensato dipende anche dalla velocità d’ascesa della massa d’aria satura: quanto più essa sale veloce, tanto più sarà il surplus di vapore saturo condensato in un secondo. Ecco perché la quantità di piogge al suolo in un secondo – intensità delle precipitazioni – raggiunge valori notevoli quando una massa d’aria umida, divenuta satura, è abbastanza calda e animata da forti correnti ascendenti. Tali condizioni sono responsabili di nubifragi o alluvioni e si riscontrano nei temporali estivi dopo un periodo di afa, oppure nelle veloci masse d’aria caldo-umide dal Nord Africa, costrette a scavalcare le barriere montuose, quali l’Appennino ligure-toscano o le Prealpi lombardo-piemontesi.

Ogni giorno evaporano 1000 miliardi circa di tonnellate d’acqua. Il vapore liberato da oceani, mari, laghi, fiumi e vegetazione viene trasportato in alto da correnti di varia natura: moti convettivi sopra aree soleggiate, sollevamento forzato sopravvento a ostacoli orografici, sollevamento forzato da parte di fronti, ascendenza ove vi è un ciclone tropicale o extra-tropicale. Nell’ascesa l’aria si raffredda di 1 °C ogni 100 metri, fino a raggiungere la saturazione. A questo punto ci aspetteremmo che, qualora l’ascesa prosegua, l’ulteriore raffreddamento causi l’unione delle molecole di vapore eccedente generando così goccioline di nube (droplet). In realtà il processo non è così spontaneo, perché la neonata goccia tende a disintegrarsi per evaporazione. In particolare, in condizioni di saturazione, due molecole di vapore potrebbero restare unite solo per un centomilionesimo di secondo; in una goccia di 3 molecole la terza dovrebbe incontrare le altre in tale lasso di tempo e il terzetto risulterebbe 100 volte più stabile, e così via. Nelle nubi però ogni goccia contiene 500 miliardi circa di molecole di vapore. Come è possibile metterle insieme? Ne riparleremo.

Le nuvole sono un tipico esempio di di condenza e evaporazione del vapore acqueo.

Diventa meteorogolo

L'acqua è presente nell'atmosfera in tutte le fasi (solida, liquida e gassosa ).

La fase solida, oltre che nei ghiacci polari e nella neve, è presente anche nella grandine e nella brina. Anche le nubi oltre 6000 metri circa (cirri ) sono costituite da aghetti di ghiaccio di appena qualche decina di micron (1 micron = 1 millesimo di millimetro).

Allo stato liquido invece l'acqua si trova nell'atmosfera sia  nelle goccioline sferiche ( droplets ) delle nebbie  (diametro 5-10 micron) e delle nubi basse e medie ( diametro 20-60 micron ) sia nelle gocce di pioggia (raindrops; diametro 0.2-5 mm).

Ma la maggior parte dell'acqua in atmosfera è sotto forma di vapore, con una concentrazione media intorno 4000 ppm ( ovvero su  4000 molecole di vapore per ogni milione di molecole d’aria).

Il vapore acqueo è presente quasi esclusivamente nella troposfera e, sebbene la sua concentrazione, oltre che mutevole da un giorno all’altro,  sia, come appena visto,  piuttosto modesta, il suo ruolo è fondamentale per la terra per numerosi motivi:

• senza la condensazione e l’evaporazione non esisterebbero i tipici fenomeni del tempo come  nubi e precipitazioni;
• l’evaporazione da parte delle distese liquide al suolo (mari, laghi, fiumi) e da parte delle piante è - insieme, all’irraggiamento, ai moti turbolenti e ai moti convettivi -  un processo fondamentale per trasferire all’atmosfera il calore solare catturato dal suolo;  
• il grado di stabilità dell’atmosfera (ovvero la sua propensione a favorire, al suo interno,  moti verticali) è legata alla concentrazione di vapore acqueo;    
• droplets e raindrops  hanno un ruolo primario nel  rimuovere gli inquinanti atmosferici, rispettivamente attraverso i meccanismi di rainout e washout. Ma tali processi sono poi però provocano le piogge acide;
• il vapore acqueo e le nubi sono la principale causa dello effetto serra, senza il cui apporto, in termini di calore  restituito alla terra, il pianeta sarebbe in media più freddo di circa 33 gradi;
• la concentrazione di vapore acqueo controlla, insieme alla temperatura e alla ventilazione, il grado di confort o di o disagio fisiologico ambientale avvertito dal  nostro organismo.

Il vapore liberato da oceani, mari, laghi, fiumi e vegetazione viene trasportato verso l’alto dalle correnti aeree ascendenti di varia natura: moti convettivi al di sopra delle superfici più soleggiate, sollevamento forzato sul lato sopravvento agli ostacoli orografici, sollevamento al passaggio di un fronte freddo e o di un fronte caldo, risucchio dell’aria verso l’alto là dove sta passando la bassa pressione di una perturbazione atlantica o nord africana.

     Nell’ascesa verso pressioni via via minori, l’aria si raffredda, per espansione, di 1° C circa ogni 100 metri, fino a raggiungere, prima o poi, la saturazione. A questo punto sarebbe naturale attendersi che, qualora l'ascesa prosegua, l’ulteriore raffreddamento determini la condensazione del vapore acqueo ovvero l’unione delle molecole di vapore eccedente, generando in tal modo goccioline di nube (droplet). Ma come fa la nube a restare sospesa nel cielo? Insomma perché, seppure in modo lento, il peso delle sue goccioline (diametri intorno a 10-50 millesimi di millimetro e concentrazioni di 300-600 milioni per m3)  non la fa cadere verso il suolo?

     Ebbene, in realtà le microscopiche droplets galleggiano nell’aria perché sostenute dalle stesse correnti ascendenti che hanno portato alla formazione della nube stessa.