Formación de cristales de hielo en una nube

Formación de cristales de hielo en una nube
•
En latitudes medias las nubes de desarrollo vertical alcanzan temperaturas muy por
debajo de 0 oC.
•
Sin embargo, aun con temperaturas muy inferiores, no se observa la presencia de
cristales de hielo.
•
Recién a temperaturas de –20 °C, la concentración de cristales se torna apreciable
entre las gotas de agua liquida sobreenfriada (es decir, a temperatura menor que 0
°C).
•
A las nubes con temperaturas superiores a -20°C se las denomina nubes calientes y
están formadas exclusivamente por gotitas de agua liquida.
•
Este umbral de temperatura se encuentra en promedio a una altitud de 5500 m.
•
A mayor altura, cuando la temperatura resulta inferior a –20 °C, los cristales de hielo
son mas abundantes aunque su concentración resulta inferior a la de las gotitas de
agua.
•
A estas nubes se las denomina nubes mixtas.
•
Recién cuando la temperatura es inferior a –40 oC, se observan exclusivamente
cristales, dando lugar a las denominadas nubes frias.
•
Estas ultimas se encuentran en promedio a una altitud superior a 7600 m.
• Existen muy pocos cristales dentro de una nube aun cuando la
temperatura esta bien por debajo de 0 °C.
• Existe también el concepto de congelación o glaciación
homogénea.
• Para que este proceso actúe, se requiere que una suficiente
cantidad de moléculas de agua se aglutinen conformando una
estructura cristalina, denominada embrión de hielo.
• Una vez que los embriones crecen hasta un cierto tamaño critico,
pueden activarse para dar lugar a la formación de cristales.
• Pero la activación de los embriones se logra recién a temperaturas
inferiores a –40 oC.
• Este umbral de temperatura es el que define a las nubes frías.
• De modo que la glaciación homogénea es un mecanismo viable en
la naturaleza para la formación de cristales de hielo en una nube.
• Es posible la coexistencia de cristales de hielo y gotas de agua
sobreenfriada dentro de una nube mixta, cuya temperatura es
superior a –40 °C.
• Los cristales de hielo tambien se pueden formar sobre particulas
denominadas nucleos de hielo o glaciogenos, dando lugar al
proceso de congelacion o glaciacion heterogenea.
• La concentracion de nucleos de hielo en la atmosfera es baja,
especialmente a temperaturas superiores a –10 oC (Fig. 4).
• Pero a medida que la temperatura disminuye, una mayor cantidad
de particulas se activan como nucleos glaciogenos.
• Ciertos minerales de la arcilla, como la caolinita, se comportan en
forma efectiva como nucleos glaciogenos a temperaturas de –15 oC.
• En general, toda particula cuya estructura se asemeje a la de un
cristal de hielo actuara como nucleo de hielo, como es el caso del
ioduro de plata (AgI).
En sintesis
• Existen muy pocos cristales en comparacion con las gotitas en una
nube mixta, debido a la baja concentracion de los nucleos de hielo
aun a temperaturas inferiores a –15 oC y debido a que la glaciacion
homogenea requiere temperaturas tan bajas como –40 oC.
Figura 4 Concentracion de nucleos glaciogenos
Mecanismos que conducen al desarrollo de nubes
Convección
• Ciertas áreas de la superficie de la Tierra absorben mas radiación solar que
otras, por lo tanto se calientan mas rápido.
• El aire en contacto con estas zonas calientes se torna mas calido que el
entorno y da lugar a la formación de una térmica.
• La burbuja de aire caliente y por lo tanto menos denso que el entorno, se
eleva, expande y enfría.
• A medida que gana altura, se mezcla con el aire circundante, que se
encuentra mas seco y a menor temperatura, de manera que gradualmente
la burbuja se va erosionando.
• Antes de diluirse por completo, es penetrada por una nueva burbuja
ascendente logrando entonces que el aire caliente alcance una altura
levemente superior a la inicial.
• Si este proceso continua, podría suceder que en un momento dado el aire
ascendente alcance la saturación y entonces se forme una nube cumulus.
• Este nivel es el denominado nivel de condensación por ascenso (NCA),
cuya altura viene dada por la formula:
Z NCA= 0,12 km (T –Td)
•
Siendo ZNCA la altura del NCA expresada en kilómetros, T y Td la
temperatura y temperatura de rocio evaluadas en superficie.
Estabilidad
e Inestabilidad
• Se dice que la atmósfera se
halla estable cuando hay
una gran resistencia a que
en ella se desarrollen
movimientos verticales, por
lo que si una "burbuja" se
desplaza de su posición de
equilibrio tiende a
recuperarlo.
• En caso de inestabilidad
ocurre lo contrario.
•
Si la de situación de inestabilidad es grande, la nube cumulus podría
alcanzar un nivel a partir del cual el aire ascendente de la nube adquiere
aceleración vertical positiva, dando lugar al desarrollo de una nube de
tormenta o cumulonimbus.
Ascenso forzado
•
•
•
•
•
•
•
•
Si un flujo horizontal de aire que se enfrenta a un gran obstáculo, como una
barrera montañosa, el aire se vera forzado a pasar por encima de este.
El ascenso forzado a lo largo de una barrera orográfica se denomina ascenso
orográfico.
Este ascenso produce enfriamiento, y si el aire es lo suficientemente húmedo,
se forman nubes, denominadas nubes orográficas.
El tipo de nube que se forme dependerá de la estabilidad y del contenido de
humedad del aire.
Eventualmente podrían ocurrir precipitaciones.
A sotavento de las montanas, el aire sufrirá un descenso y por consiguiente
un calentamiento.
El aire descendente es ahora mas seco dado que parte de la humedad se
perdió mediante la precipitación a barlovento.
En aquellas regiones en donde un flujo de aire húmedo persiste sobre una
cadena montañosa, suelen observarse abundantes precipitaciones en las
laderas a barlovento y muy escasas a sotavento.
•
•
•
•
Otro tipo de ascenso forzado ocurre a lo largo de las superficies frontales que
separan dos masas de aire de distinta densidad.
En ese caso, el aire caliente (menos denso) es forzado a elevarse sobre la
masa de aire frío (mas densa).
Dependiendo del contenido de humedad, podrían formarse nubes y
eventualmente precipitación.
Al igual que en el ascenso orográfico, el tipo de nubes dependerá de la
estabilidad y humedad del aire caliente.
Ascenso generalizado
• La convergencia de aire en los niveles inferiores de la troposfera es
capaz de ascender y por consiguiente formar nubes sobre un área
de cientos de kilómetros a la redonda.
• La causa mas común de este tipo de ascenso esta asociada a los
ciclones de latitudes medias.
• Estos últimos consisten en sistemas de baja presión entorno de los
cuales el aire rota y converge hacia el centro.
• Debido al principio de conservación de masa, el aire al confluir en el
centro del ciclón desde todas direcciones, no tiene mas remedio
que ascender.
• Debido a la dimensión espacial y el tiempo de vida de estos
sistemas meteorológicos, el ascenso ocurre en forma generalizada
sobre una amplia región que se caracteriza por presentar el cielo
cubierto y eventualmente con precipitaciones.
Estructura de Bajas y Altas en superficie
ESTRUCTURA VERTICAL DE CICLONES Y ANTICICLONES
TROPOPAUSA
DIVERGENCIA
CONVERGENCIA
DESCENSO
ASCENSO
DIVERGENCIA
CONVERGENCIA
B
A
SUPERFICIE