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Física de Nubes. Efecto de la tensión superficial. Produce el ascenso de un líquido en un capilar, haciendo que la savia ascienda por los pequeños capilares, como en las grandes secuoias. Andar a un zapatero. Pompas de jabón. Permite que se formen gotas.
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Efecto de la tensión superficial • Produce el ascenso de un líquido en un capilar, haciendo que la savia ascienda por los pequeños capilares, como en las grandes secuoias
Provoca que la tensión de vapor sobre las gotas sea mayor que sobre superficies planas. Cuanto menor es la gota mayor el efecto de la tensión
Se necesita una humedad relativa de un 300% para que se forme una gotita de 0.1 mm Ley de Kelvin
En la atmósfera no se observa esa humedad relativa tan elevada. A lo sumo un 101%. ¿Como se pueden formar las diminutas gotitas de agua ? ===> Los aerosoles
Aerosoles • Pequeñas partículas existentes en la atmósfera. Una pequeña parte de estas partículas son higroscópicas: Núcleos de Condensación Nubosos (NCN, CCN Cloud Condensation Nuclei) => Se pueden disolver en agua: Ejemplo • Partículas de sal común procedentes del océano • Partículas de SO4(NH4)2 procedentes de la oxidación del sulfuro de dimetilo S(CH3)2 (exhalado por algas marinas) o procedente de la contaminación atmosférica. • Nitratos procedentes de la contaminación atmosférica • Emisiones volcánicas...
La consecuencia más importante de la disolución de la sal en el agua (desde el punto de vista de la física de nubes) es la disminución de la presión de vapor saturante (ley de Raoult) • La presión de vapor saturante sobre una disolución es menor que sobre un líquido puro
Teniendo en cuenta los efectos de la tensión superficial y la higroscopicidad se obtiene la relación entre lajumedad relativa y el radio de la gota, cuya gráfica se muestra en la figura(curvas de Köhler) Sobresaturación crítica Radio de activación Fase de bruma
Crecimiento de las gotitas: Crecimiento difusivo • Una vez activadas las gotitas crecen por difusión del vapor hacia las mismas siguiendo una ley parabólica • Lo que significa que las gotas mas grandes crecen mas despacio que las más pequeñas
Tiempos de crecimiento de una gotita de agua Los tiempos necesarios para que se formen gotitas de lluvia son mucho mayor que los observados => Debe existir algún otro mecanismo de crecimiento
Velocidad de caída La resistencia que opone el aire a la caída de la gota, y que es proporcional a la sección eficaz de la gota y a la velocidad de caída, se opone al peso de la misma. Al ir aumentando la velocidad de caída, va aumentando la resistencia hasta que llega un momento que ambas se igualan. A partir de ese momento la velocidad de la gota permanece constante.
Al salir una gota de la nube, comienza a evaporarse, siguiendo como antes una ley parabólica ¿Cuanto tiene que recorrer antes de evaporarse del todo ?
Para que una gotita alcance la superficie debe de alcanzar el tamaño del orden de 0.1 a 1 mm. Los tiempos requeridos para que se alcancen estos tamaños mediante la difusión del vapor son muy grandes ==> Debe de existir otro mecanismo: El mecanismo de colisión -- coalescencia
El mecanismo de colisión-coalescencia Las gotas más grandes que descienden a mayor velocidad alcanzan a las más pequeñas con la que chocan pudiendo fundirse
Eficacia de colisión en términos del tamaño de la gota captora y la relación entre ésta y las capturadas La gota captora debe de tener valores superiores a 20 mm y la mayor eficacia se alcanza cuando las gotas capturadas tienen un radio mitad del de la gota captora
Nubes cálidas • Solo interviene la fase líquida. Tiene lugar en nubes tropicales. Surge el problema de cómo pueden aparecer un número relativamente grande de gotas con tamaño suficiente para que comience el proceso de colisión coalescencia. Tiene importancia los fenómenos turbulentos y la propia historia de las masas de aire
Nubes frías • Interviene la fase hielo • ¿Como se forman los cristales de hielo ? • Se han podido observar en experimentos cuidadosos de laboratorio agua muy pura en estado líquido hasta una temperatura de -38ºC. En las nubes a temperatura más elevadas no se observa la aparición de gotitas de agua líquida. ¿Que sucede ?
En la naturaleza existen los llamados núcleos de hielo o núcleos glaciógenos que permiten que se formen cristales de hielo a temperaturas relativamente elevadas • Son partículas no higroscópicas que ‘engañan’ al agua. Tienen una estructura cristalina muy parecida a la del hielo.
Tienen diversas formas de actuación • Deposición • Contacto • Condensación • El número de núcleos de hielo es muy escaso: del orden de varias unidades por litro
Formas de los cristales de hielo • Los cristales de hielo toman diferentes formas dependiendo de las condiciones de humedad y temperatura. En general son placas o prismas exagonales o con formas dentríticas
Fotografías de cristales de hielo Obtenidas mediante microscopio electrónico (y a luz visible)
Importancia de la fase hielo • Tiene importancia el proceso Wegener- Bergeron - Findeisen
Cuando los cristales de hielo funden dan lugar a gotitas grandes que continúan creciendo mediante colisión-colaescencia. Así mismo los cristalitos de hielo crecen por captura de gotitas más pequeñas dando lugar a la formación de ‘graupel’, el cual al fundir da lugar a la formación de grandes gotas. Si la temperatura es lo suficientemente baja es posible que este ‘graupel’ llegue al suelo en forma de granizo
Rime Diferentes estados de agregación de cristales de hielo y gotitas de agua sobreenfriadas Graupel
Clasificación de las nubes • Existen diversas clasificaciones, una de las mas standard esta basada en la altura y en la forma. Así tenemos tres grupos principales: • Nubes altas (CH) • Nubes medias (CM) • Nubes bajas y (CL) • Nubes de desarrollo vertical
CH • Cirros (Ci) • Cirro-cumulos (Cc) • Cirro-estratos (Cs)
CM • Ato-estratos (As) • Alto-cumulos (Ac) • Nimbo-estratos (Ns)
CL • Estrato-cumulos (Sc) • Estratos (St) • Cumulos (Cu) • Cumulo-nimbos (Cb)
