¿Cómo se forma la precipitación?

¿Por qué algunas nubes producen precipitaciones, ya sea lluvia, nieve o, a veces, granizo? ¿Cómo explicar que algunos de ellos consigan generar trombas marinas en apenas unas decenas de minutos mientras que otros pueden persistir durante varias horas sin dar la menor gota? El punto en este artículo.

Si condensáramos todo el vapor de agua presente en la atmósfera en un momento dado y lo distribuyéramos uniformemente sobre la superficie de la Tierra, obtendríamos una capa de agua de unos 2,5 centímetros de espesor. El mismo ejercicio aplicado a las gotitas y cristales que forman las nubes formarían una capa de tan solo una décima de milímetro.

El hecho de que las nubes sean una pequeña fracción de un elemento que, en el mejor de los casos, representa solo un pequeño porcentaje de la composición de la atmósfera es otra forma de ilustrar por qué a los modelos les cuesta tanto gestionar su evolución. Asimismo, para un escenario dado, las nubes siguen siendo a día de hoy la principal causa de incertidumbre en las proyecciones climáticas.

La aparición de condensados.

Para formarse, las gotas y los cristales de hielo requieren la presencia de polvo microscópico. Como el nácar que se acumula alrededor de los granos de arena y forma las perlas de las ostras, este polvo desempeñará el papel de embriones en torno a los cuales podrá comenzar la condensación del vapor de agua. Hablamos de núcleos de condensación para gotas de agua y de núcleos formadores de hielo para cristales de hielo.

Una vez que se ha formado una cierta cantidad de condensado, aparece una nube. Sin embargo, todavía queda un largo camino por recorrer antes de que nuestra tenue niebla pueda producir precipitaciones. En efecto, las partículas de agua tendrán que aumentar su tamaño, por lo tanto su peso, considerablemente antes de ser lo suficientemente pesado como para poder escapar de las turbulencias del aire y caer al suelo. Si no se cumple esta condición, la nube no da precipitación.

precipitación
Instantánea de la precipitación que cae sobre la Tierra (en verde, amarillo y rojo, las intensidades de la lluvia, en tonos de azul, las de la nieve). Créditos: NASA.

Hacia la génesis de la precipitación

Al contrario de lo que se podría pensar, las gotitas y los cristales son todavía demasiado pequeños para que se produzca un crecimiento por colisiones. Por lo tanto, las partículas seguirán ganando tamaño por transferencia de vapor de agua, es decir, por condensación. Sin embargo, este último es muy particular, porque esta vez requiere la presencia de cristales de hielo.

En la parte de la nube a temperatura negativa, hay inicialmente una gran cantidad de gotitas en estado sobreenfriado (líquido por debajo de 0°C) pero muy pocos cristales. Y por una buena razón, los núcleos de glaciación son muy raros siempre que la parte superior de la nube no sea lo suficientemente alta. De hecho, el agua es bastante delicada con los núcleos, lo que permite la glaciación y solo a temperaturas muy bajas se activan.

Sin embargo, cuando los cristales aparecen en la parte superior de la nube, las gotas tienden a evaporarse y transferir su agua a las partículas de hielo. Por lo tanto, los cristales se multiplican, crecen en tamaño y caen en relación con otras partículas. El proceso es similar a una verdadera reacción en cadena con número creciente de cristales, cada vez más voluminosos.

Este es el comienzo del viaje hacia la precipitación. Luego viene un segundo mecanismo, llamado recolección, que acelerará aún más el crecimiento de las partículas de hielo.

Entre lluvia, nieve y granizo

Si la temperatura del medio turbio es negativa en todas partes, el cristal seguirá creciendo por transferencia de vapor pero sobre todo por agregación, es decir por colisión con otros cristales: se forma un copo de nieve. En su caída hacia la superficie, la escama atravesará un ambiente con una temperatura superior a 0°C y convertirme en una gota de agua. Este es, con mucho, el mecanismo más común de formación de lluvia en las latitudes templadas.

Esquema resumen de las diferentes formas de precipitación y los mecanismos que la provocan. Los colores rojo y azul indican zonas de temperatura positiva y negativa respectivamente. La lluvia helada y los gránulos de hielo son formas menos comunes de precipitación. Créditos: Meteorología para la aviación, Jean-Henry Robres & coll. 2013.

No obstante, la parte inferior de la nube puede estar a temperatura positiva y, en este caso, la gota continúa creciendo por coalescencia al fusionarse con otras gotas y gotitas mientras está en la nube. Si la temperatura es lo suficientemente fría dentro y debajo de la nube para evitar que se derrita, los copos caen a la superficie y observamos nevada.

Finalmente, si el medio turbio es rico en agua líquida sobreenfriada, como es el caso de las nubes inestables del tipo cumulonimbus, el cristal chocará con un gran número de gotas sobreenfriadas que se congelarán instantáneamente al contacto. En consecuencia, colisión tras colisión, el cristal se cubre con una capa de hielo.

Este mecanismo de acumulación conduce a laaparición de aguanieve si las partículas caen lo suficientemente rápido de la nube o granizo si las térmicas son lo suficientemente fuertes para mantenerlos en el aire. Al igual que con los copos, cualquier partícula de aguanieve no llega al suelo y puede convertirse en una gota si hay una capa de aire suficientemente caliente entre la nube y la superficie.

Fuente : Meteorología para la aviación, Jean-Henry Robres & coll. 2013.