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 T d ) Siendo Z NCA 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 elevars e 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 ASCENSO DESCENSO CONVERGENCIA B DIVERGENCIA A SUPERFICIE