miniatura|Neu a Colorado, Estats Units La neu és la precipitació d'aigua en forma de multitud de petits cristalls de gel, dits flocs de neu (o volves, borrall(on)s, cóps, tofes, flòbies, ballarusques). En raó de la seva composició granular, té una estructura suau i flonja, llevat que estigui compactada a causa de la pressió. Generalment la neu es forma per sublimació inversa del vapor d'aigua en les capes altes de l'atmosfera, a una temperatura inferior a 0 °C. La caiguda de precipitació en forma de neu s'anomena nevada.
L'ocurrència, quantitat i intensitat de les nevades depèn, entre altres factors, de la latitud, l'altura, la distància al mar o l'oceà i de l'estació de l'any.
La neu es pot fabricar també amb l'ajut dels canons de neu. Aquesta tècnica es fa servir per les estacions d'esquí per a millorar l'estat de les pistes quan la temperatura és prou baixa però les precipitacions no són prou abundants.
Un estudi del 2008 va demostrar que alguns bacteris tenen un paper important a la formació dels cristalls de glaç o de neu.(en anglès) Science 29 de febrer del 2008 Vol. 319. no. 5867, p. 1214 Normalment es tracta d'eubacteris com els de gènere Pseudomonas que en alguns casos poden ser patògens. Han estat identificats a mostres de neu a Europa, Amèrica del nord i a l'Antàrtida.
Es calcula que tan sols 1% de la precipitació total obtinguda arreu del món en un any és en forma de neu. CC-BY-SA-3.0
Aspectes físics Història L'estructura hexagonal dels flocs de neu ja va ser coneguda a la Xina al Segle II aC. A Europa no seria fins al 1591 quan el matemàtic anglès Thomas Harriot se'n va adonar d'aquesta característica, però no va publicar les seves observacions. La primera publicació científica sobre el tema la devem a Johannes Kepler, un dels primers científics a interessar-se sobre la formació dels flocs de neu, que el 1611 va escriure una monografia sobre la seva formació (Vom sechseckigen Schnee). Les primeres descripcions amb pretensió científica, però, daten de segles abans, com per exemple les d'Albert el Gran. Olaus Magnus va publicar el primer diagrama sobre les formes dels flocs.
El 1635 René Descartes va descriure de manera precisa moltes formes de cristalls de neu. miniatura|Neu a Barcelona El 1665 Robert Hooke va fer les primeres observacions dels cristalls de neu utilitzant el microscopi i va publicar nombrosos dissenys de cristalls, mostrant la complexitat i diversitat de les seves estructures, al seu llibre Micrographia. El 1855 James Glaisher repeteix i amplia els experiments.
El 1931 Wilson A. Bentley va publicar unes dues mil fotografies de cristalls de neu al llibre Snow Crystals.
El 1936 el japonès Ukichiro Nakaya va aconseguir de crear flocs de neu artificials en condicions experimentals, fixant la temperatura i la saturació del vapor d'aigua, adonant-se que la forma dels cristalls depèn d'aquests dos paràmetres. Nakaya va ser el primer a estudiar de manera sistemàtica els cristalls de neu, gran part dels seus treballs va ser publicada el 1954 al llibre Snow Crystals : Natural and Artificial.
Forma dels flocs de neu miniatura|Flocs de neu observats al microscopi A un núvol molt fred, el vapor d'aigua es condensa directament en cristalls de glaç sobre les partícules que hi ha en suspensió (pols, fum...). Si durant la seva caiguda només troben capes d'aire d'una temperatura inferior a 0 °C, els cristalls s'aglutinen en forma de branques glaçades que es combinen per formar flocs cada cop més grans. L'encaix d'aquests cristalls depèn essencialment de la temperatura, l'única característica comú a tots els flocs és l'estructura hexagonal, que reprodueix l'estructura cristal·lina del gel ordinari i està relacionada amb l'estructura molecular de l'aigua, intentant aconseguir la màxima reducció de l'energia potencial química del cristall.
Un floc de neu es compon d'aproximadament 1018 molècules d'aigua, que s'afegeixen a la seva base a ritmes diferents i en diferents formes, i en funció dels canvis de temperatura i la humitat de l'atmosfera que el floc de neu es troba en el seu recorregut fins a topar amb la superfície del terra. Val a dir que és molt difícil trobar dos flocs de neu que siguin idèntics. Els primers intents per trobar dos flocs de neu idèntics es fonamentaren en fotografiar milers d'imatges sota el microscopi i va ser una iniciativa de Wilson Alwyn Bentley el 1885; ella va mostrar la gran varietat de flocs que poden arribar a existir. El més probable és que dos flocs de neu puguin arribar a ser pràcticament idèntics si les condicions ambientals en les quals es produeixen són força similars. Cristalls de neu molt semblants van ser descoberts a Wisconsin el 1988; els cristalls no eren escates en el sentit usual, sinó prismes hexagonals de poca profunditat.
Com s'ha comentat, la forma dels flocs varia en funció de la temperatura: de 0 a -4 °C: plaquetes hexagonals primes de -4 a -6 °C: agulles de -6 a -10 °C: columnes de -10 a -12 °C: cristalls de sis puntes llargues de -12 a -16 °C: dendrites
La densitat de la neu nova és molt variable, les estadístiques donen una mitjana de 110 kg per metre cúbic, amb una desviació típica de 40 kg per metre cúbic.
Cicle de vida d'un cristall miniatura|Cristall en forma de columna, també anomenat tsuzumi per la seva semblança amb un tambor japonès conegut amb aquest nom. miniatura|Plaqueta hexagonal miniatura|Dendrita hexagonal La formació i l'evolució dels cristalls comprenen:
Els múltiples graus de llibertat d'associació química de les molècules d'aigua, aquestes possibilitats són afavorides per la lentitud de la cristal·lització, que va d'una desena de minuts a diverses hores. Aquesta és la base de l'extrema diversitat de les formes creades. Les diverses condicions meteorològiques que hi ha entre la formació i la seva desaparició: condicions al nivell de formació, abans de la precipitació condicions de les capes atmosfèriques travessades durant la precipitació condicions a nivell del sòl, si hi arriben
La feblesa dels lligams entre les molècules d'aigua fa que aquests cristalls siguin molt sensibles a qualsevol modificació de les condicions del seu entorn. Es pot considerar el cristall de neu com a inestable i que ha d'estar en fase de cristal·lització per conservar la seva forma, tot i que quan aquesta s'interromp comencen a produir-se recombinacions entre ells. Aquesta sensibilitat fa molt difícil l'observació dels cristalls al microscopi.
Condicions a nivell de la zona de formació. L'existència d'un moviment ascendent de l'aire condiciona de manera especial la durada de la cristal·lització i les seves possibilitats de penetració a altres capes amb diferent higrometria, temperatura, pressió… En aquest nivell, els cristalls poden fondre's, sublimar-se o combinar-se, però també poden estar recoberts d'aigua en estat de subfusió; els cristalls es cobreixen de nòduls, en principi invisibles, però que li poden donar un aspecte de flor de mimosa. Fins i tot si no hi ha corrents ascendents, la resistència que oposa l'aire requereix l'aglomeració de diversos cristalls abans no es produeixi la precipitació.
Condicions de la precipitació. La presència de turbulències i la higrometria en particular, regeixen la desaparició (per fusió o sublimació) dels cristalls i els flocs o, al contrari, la seva aglomeració progressiva. Els flocs parcialment liquats poden patir una cristal·lització brutal si van a parar a una atmosfera més freda; si el fenomen és massiu es parla d'aiguaneu. La variació dels paràmetres meteorològics amb l'altura es caracteritza especialment per la determinació de la cota de neu.
Condicions de cristal·lització a terra. A les latituds temperades el gran poder aïllant de la neu, associat a l'albedo, fa possible la ràpida creació d'un gradient tèrmic entre el terra més calent i aïllat i la superfície reflectora freda que pot arribar a ser de 20 graus. També es constata que quan hi ha un gradient de temperatura adient, els cristalls d'una capa de neu entren en un procés de recristal·lització que es tradueix en un augment de la grandària mitjana dels cristalls. Es considera que amb 15 cm de neu hi ha prou per arribar a tenir el gradient necessari. Les condicions de la recristal·lització a terra són diferents de les que es produeixen a l'alta atmosfera on es generen els cristalls i les noves formes que es generen són menys elaborades.
Evolució del mantell de neu La neu nova caiguda pot ser afectada per l'acció del vent, sobretot si és molt lleugera, i pot ser modelada per la seva acció, les formes d'acumulació que s'originen per l'acció del vent poden ser ones, en forma de creixent amb la part còncava a sotavent; arrugues, amb pendent fort a sotavent i molt suau a sobrevent; barcanes, en forma de creixent amb un angle obtús o agut en funció de si el vent ha estat regular o no ho ha estat. Si el vent troba obstacles en el seu recorregut es poden formar acumulacions de neu darrere d'ells, a sotavent; o de gebre a sobrevent. El vent també pot modelar formes per erosió del mantell, es poden formar zastruguis, talls o forats. En el cas de la neu primavera, compacta i amb molta aigua que està destinada a fondre's in situ. A la muntanya el vent origina cornisses que poden afectar els excursionistes.
La neu no és un material inert, és en constant evolució i no para de transformar-se, sotmesa al seu propi pes que la comprimeix i a les diferències de temperatura entre el dia i la nit. Si el pendent és fort, el mantell pot esdevenir inestable i generar allaus.
La metamorfosi isotèrmica. Es desenvolupa quan el gradient tèrmic dintre de la capa de neu és feble, inferior a 5 °C per metre. A causa dels desequilibris de la pressió de saturació del vapor d'aigua, les dendrites desapareixen en benefici del centre del cristall. Els cristalls s'arrodoneixen i la seva grandària es calibra i es parla de grans fins. Els contactes creats d'aquesta manera, es corresponen a la formació de ponts de glaç que solden els cristalls els uns als altres, aquest fenomen es coneix com a sinterització. D'aquesta manera, la capa de neu guanya en cohesió i en densitat.
La metamorfosi amb un gradient mitjà. Apareix quan el gradient tèrmic dintre de la capa de neu és entre 5 et 20 °C per metre. També s'observa una transferència de matèria per sublimació / congelació però la direcció privilegiada és la vertical, de baix a dalt. Els cristalls es transformen en grans amb les cares planes.
La metamorfosi amb un gradient fort. Quan el gradient tèrmic és superior a 20 °C per metre, el flux de vapor d'aigua dintre de la capa de neu esdevé molt fort. Després d'una desena de dies, els grans prenen la forma de gobelets que poden arribar a fer força mil·límetres de diàmetre. Llavors el mantell esdevé molt inestable en trobar-se sobre un munt de boles rodants.
La metamorfosi de la fosa. La fosa de la neu es tradueix en l'aparició d'aigua líquida en el mantell de neu, causada per la pluja o pel desglaç. Es formen aglomerats, dits grans rodons, que fan el mantell molt inestable. El fet d'hidratar la neu no provoca necessàriament la seva fosa de manera immediata.
Aspectes geològics Balanç energètic L'energia solar contribueix a l'escalfament del sòl de manera desigual, un factor important és l'albedo, que mesura la part de radiació que és reflectida. L'albedo mitjà a la superfície de la Terra és de 0,28. Com la neu nova és d'un blanc especialment pur, fa pujar l'albedo a 0,85. Això implica una reflexió important dels raigs lluminosos del Sol, el que significa una disminució de l'aportació d'energia. La neu vella conserva una albedo de 0,60, per tant és fàcil d'entendre que els sòls innivats tendeixen a continuar freds en superfície, i en conseqüència, a conservar el seu mantell de neu.
En canvi, els boscs de coníferes aprofiten la seva albedo feble (0,12) i la llum reflectida per alliberar les seves branques de la neu.
L'aigua de la neu