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La formación de las precipitaciones Categoría: Fenómenos Naturales Las precipitaciones están constituidas por agua líquida o sólida que cae a nivel del suelo. Es necesario que, previamente, el aire haya alcanzado el punto de saturación de agua para que ésta se condense.

La saturación La primera etapa de la precipitación es la saturación. Es necesario que la cantidad de vapor de agua (es decir, la presión parcial) alcance o incluso supere la cantidad máxima a una temperatura y una presión determinadas. En resumen, es preciso que la tasa de humedad relativa alcance el 100%. Ésta depende de la cantidad de agua, así como de la temperatura y de la presión de un volumen de aire. Basta, pues, con que se modifique una de estas tres variables para que se alcance la saturación. Esto ocurre, por ejemplo, cuando el aire recoge más vapor de agua al pasar por encima de un océano, un mar o un lago; cuando se enfría al entrar en contacto con una superficie a baja temperatura (masa de aire oceánico que en invierno llega a un continente enfriada); cuando se eleva al encontrar un relieve; cuando una masa de aire caliente más ligero alcanza y «asciende» por una masa de aire frío; cuando el aire húmedo se ve sometido a un proceso de convección; o por último, cuando se produce una advección de aire frío en altura. La condensación Una vez alcanzada la saturación, el vapor de agua se condensa; pasa del estado gaseoso al estado líquido o sólido. Para ello, el vapor de agua se fija alrededor de minúsculas partículas sólidas (cenizas volcánicas, sales marinas, motas de polvo de procedencia diversa), que se denominan «núcleos de concentración», cuya dimensión es del orden de 0,1 micrón. Entonces se forma la nube, constituida por microgotas o microcristales. En su interior, tienen lugar unos procesos contradictorios: la condensación desprende un calor latente que produce un calentamiento sensible, lo que limita la condensación. Al mismo tiempo, el calentamiento del aire favorece la evaporación; por tanto, vuelve a producirse saturación y condensación.

La precipitación Las microgotas o microcristales, al principio son demasiado ligeros para caer pero, al aglomerarse progresivamente, acaban por alcanzar un peso crítico, a partir del cual se precipitan, es decir, caen. El peso crítico depende de las corrientes ascendentes que se encuentran en el interior de la nube. En la práctica, si se suman los procesos de evaporación y de ascendencia, sólo se precipita el 10% del agua que contienen las nubes. La aglomeración de las microgotas entre sí depende de las condiciones existentes en el interior de la nube. Cuando la temperatura es inferior a 0 °C, las microgotas se hielan y el agua se aglomera en ellas (efecto de pared fría). Si se produce una fuerte agitación dentro de la nube, las gotas más rápidas absorben a las más lentas (coalescencia). Así, pues, cuanto mayor es la inestabilidad, más activa es la coalescencia, y más grandes son las gotas. Esto es lo que se produce en los cúmulonimbos. Precipitaciones provocadas

Para prevenir el granizo, provocar la lluvia o eliminar la niebla, existen técnicas de desencadenamiento artificial que, en general, se basan en la creación de una nube en núcleos de condensación. Estas técnicas, además de problemas de contaminación (debido a las partículas de sal), plantean cuestiones jurídicas: la región que se beneficia de las precipitaciones perjudica a la que las tendría que haber recibido.

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Meteorología Básica Formación de la precipitación Las gotas de nubes tienen un diámetro del orden de 20 micrómetros o 0,02 milímetros (el cabello humano tiene un diámetro de aproximadamente 75 micrómetros). Por ser muy pequeñas son muy ligeras y su velocidad de caída es muy baja. Si cayeran desde un kilómetro de altura tardarían 2 días en llegar al suelo, pero no lo logran ya que se evaporan antes de llegar al suelo. Una gota de agua está sometida a la aceleración de gravedad hacia abajo y a medida que su velocidad aumenta mientras cae, la fuerza producida por el roce con el aire que la rodea, también aumenta, hasta que después de un corto tiempo equilibra al peso de la gota. Desde ese momento la gota cae con una rapidez constante, llamada velocidad límite. En la tabla 6.3 se dan algunos valores típicos para gotas esféricas. Si el aire mismo tuviese movimiento vertical, las gotas caerían relativa al aire con esas velocidades. Una gota grande puede estar sostenida en el aire si la corriente ascendente es de unos 10 m/s y las gotas mas pequeñas ascenderían entonces en la nube. Corrientes verticales de tales velocidades se producen generalmente en las tormentas. Cuando hay gotas de diferentes tamaños como se ve en la figura 6.13, sus velocidades de caída variarán en un amplio rango, lo que produce muchas oportunidades de choques entre ellas. Otra característica importante es cuando una gota crece hasta tener

un diámetro mayor que 6 mm, en cuyo caso su velocidad de caída es superior a los 10 m/s. A velocidades tan altas, las gotas se aplastan y se desmenuzan en muchas gotas mas pequeñas, tales como gotas de llovizna. Este es un límite superior para el tamaño de las gotas que pueden caer en la atmósfera. Si se vaciase un cubo de agua desde lo alto de un edificio, el agua caería en forma de gotitas de lluvia corrientes, a menos que el aire este tan seco que las gotas se evaporen antes de llegar al suelo.

Clase de Gota Diametro en mm Velocidad de Caida m/s Gota de Lluvia Grande 5 9 Gota de Lluvia Pequeña 1 4 Lluvia fina 0,5 2,5 Llovizna 0,2

1,5 Gotita de nube grande 0,1 0,3 Gotita de nube común 0,05 0,08 Nucleos de gotitas incipientes 0,01 0,003 0,002 0,0001 0,001 0,00005 Las nubes están formadas por billones de gotas y su crecimiento por condensación es muy poco. Una gota de lluvia suficientemente grande para llegar a tierra sin evaporarse debe contener aproximadamente un millón de gotas de nubes (figura 6.1). Por lo tanto para que se forme la precipitación, deben juntarse millones de gotitas de nubes en gotas suficientemente grandes para formar gotas de lluvia, que logren persistir durante su descenso. Para esto se han propuesto dos procesos de formación de precipitación, llamados uno de ellos proceso de los cristales de hielo y el otro proceso de captura.

Proceso de Bergeron o de los cristales de hielo. Tor Bergeron (1891 – 1971) fue un meteorólogo Sueco, quien propuso este método en 1928. Se basa en dos propiedades del agua en las nubes: a) Las gotas de agua en las nubes no se congelan a 0º C, sino que aproximadamente a -20º C. El agua en estado líquido bajo 0º C se llama sobreenfriada, y se congela rápidamente con cualquier agitación. Las gotas sobreenfriadas se congelan en contacto con partículas sólidas con estructura cristalina similar al hielo (por ejemplo yoduro de plata), llamados núcleos de congelación, necesarios para comenzar el proceso de congelación, similar a la condensación en los núcleos de condensación. Los núcleos de congelación son escasos en la atmósfera. Las nubes con temperaturas entre 0 y -10º C están formadas por agua sobreenfriada, entre -10º a -20º C por agua y cristales de hielo, y menores a -20º C por cristales de hielo, como los cirrus. b) La presión de vapor de saturación sobre los cristales de hielo es mucho menor que sobre el agua sobreenfriada. Por lo tanto las moléculas de agua escapan fácilmente de una gota de nube sobreefriada por encontrarse esta sometida a mayor presión. En la figura 6.14 se muestra el esquema del interior de una nube con un cristal de hielo rodeado de miles de gotas y moléculas de agua. Las moléculas chocan con el cris tal, este crece lo suficiente para empezar a caer. En su caída el hielo choca con gotas de nube, crece mas, el movimiento del aire puede romper ese cristal produciendo mas núcleos de congelación y se repite el proceso. Esta reacción en cadena desarrolla muchos cristales de nieve y por crecimiento forman grandes masas llamadas copos de nieve, formados por 10 a 30 cristales de nieve. Mientras caen pueden derretirse y continuar su caída como lluvia. Este es el proceso común de la lluvia frontal de latitudes medias. Proceso de coalescencia o de captura por choques. Existen muchas nubes con temperaturas mayores que las de congelación de las gotas, se llaman nubes cálidas, donde no es

posible la existencia de cristales de hielo, por lo que existe otro proceso de precipitación llamado de coalescencia. En las nubes se pueden formar grandes gotas cuando hay núcleos de condensación gigantes, mayores que 20 micrómetros, o con núcleos higroscópicos que pueden crecer rápidamente. Estas gotas de nubes grandes caen mas rápidamente que las pequeñas (figura 6.15). Por ejemplo si una gota tiene un diámetro entre 2 y 5 milímetros, su rapidez de caída varia entre 20-35 km/hr. A medida que esta gota cae, choca con las gotas de nubes mas pequeñas que se le unen, la gota crece y cae aun mas rápido (o si las corrientes de aire son muy fuertes puede ascender lentamente) y aumenta el número de choques con las gotitas de nubes y sigue creciendo. Cuando ha capturado del orden de un millón de gotas, cae a superficie sin evaporarse. Si una gota crece mas que 5 mm de diámetro cayendo a 35 km/hr (10 m/s), su tensión superficial no la puede mantener en ese estado y se rompe, dividiéndose en muchas otras gotas pequeñas que repiten un proceso similar, produciéndose la lluvia. Pero los choques de las gotas no garantizan su unión (o coalescencia), porque la corriente de aire que forma la gota en su caída puede alejar las gotitas, o porque las gotas pueden tener carga eléctrica de igual signo y se repelen; en este caso la electricidad de la atmósfera puede ser importante en generar gotas grandes y precipitaciones. Este es el proceso mas común de lluvias convectivas de zonas tropicales.

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FORMACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN La precipitación es la caída de partículas de agua, en estado sólido o líquido, a la superficie, a donde llegan con una velocidad. Los productos acuosos de la precipitacion son siempre de varios órdenes de magnitud más grandes que los que constituyen las nubes, aunque formados a partir de éstos, por lo que requieren de su

existencia. La velocidad de caída de las partículas depende de su tamaño y de la componente vertical de la velocidad de los flujos aéreos. Nube a 8000 metros de altura aproximadamente Las gotitas en que se condensa el vapor de agua atmosférico se mantiene aparentemente en suspensión formando nieblas y nubes. Sin embargo, a pesar de ser muy pequeñas, no pueden sustraerse a la gravedad y van cayendo lentamente, a una velocidad v, cuyo valor, según la ley establecida por el físico Stokes en 1850, es : r = el radio de las gotitas en cm. Esta velocidad es insignificante y puede ser anulada por una pequeña corriente ascendente del aire. Por término medio la dimensión de las gotas en las nubes es de unas 5 µ de diámetro, su velocidad de caída es 0,7 mm/s, es decir a menos de 1,3 m de caída en media hora. A veces, de una nube cuelga como una cortina de lluvia, pero que se evapora antes de llegar al suelo. Porque para que se forme verdadera lluvia es necesario que se formen por coalescencia gotas más grandes, las cuales venciendo la resistencia del aire, pueden llegar al suelo. Las gotas más pequeñas de lluvia tienen aproximadamente 0,1 mm de diámetro y cada una de ellas tiene más de un millón de gotitas de la nube que la origina. Pero el proceso no es tan fácil, ya que los choques entre las partículas acuosas de las nubes no siempre comportan su unión, a veces, producen su pulverización, con lo que se interrumpe su crecimiento. Busca en Internet La distribución del agua en la superficie terrestre, los principales regímenes pluviométricos y las diferencias climáticas regionales se establecen teniendo en cuenta la variable de precipitación. A escala local y especialmente en zonas semiáridas, puede tener una gran importancia el agua procedente de la condensación superficial, denominada precipitación oculta u horizontal. La cantidad de agua que llega al suelo por estos mecanismos supera la registrada por los pluviómetros convencionales. La precipitación

horizontal puede ser producida por: - Interceptación y goteo de la niebla. - Condensación directa sobre la superficie o rocío. - Sublimación directa en la superficie o escarcha. - Absorción realizada por tierras higroscópicas, como las cenizas volcánicas. - Goteo o exudado de una planta. Las gotas de lluvia no se forman directamente por el crecimiento de las gotitas de nubes debido a la condensación. Varias de las primeras teorías propuestas para explicar el crecimiento de las gotas de lluvia han sido descartadas. En la actualidad, las dos teorías: el de coalescencia y el de BergeronFindeisen, que intentan explicar el rápido crecimiento de las gotas de lluvia implican el crecimiento de cristales de hielo a expensas de las gotas de agua, y que la unión de pequeñas gotitas se produce por la acción de barrido de las gotas que caen. La primera teoría comprende el choque de las gotículas de las nubes, su coalescencia y el barrido, con succión y absorción, que realizan cuando comienzan a caer. La teoría de Bergeron-Findeisen tiene lugar en nubes mixtas donde coexisten cristales de hielo y gotículas líquidas en subfusión (es decir, con temperaturas negativas pero líquidas, lo que no es raro en la atmósfera). Esas gotículas líquidas se evaporan y se subliman sobre los cristales de hielo, creciendo, así, éstos. Este hecho es posible porque la presión de saturación del vapor sobre el hielo es menor que sobre el agua subfundida. luego, al caer, los cristales siguen aumentando de tamaño enganchándose con otros, dada su geometría estrellada, y al congelarse sobre ellos gotas subfundidas. Si en su caída atraviesan capas de aire con temperatura positiva, las partículas se funden. La teoría de Bergeron-Findeisen está en la base de la mayoría de los experimentos de estimulación de lluvia artificial.