formaciÓn de gotas de nube curso de agrometeorología mayo de 2003 ing agr. gabriela cruz
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FORMACIÓN DE GOTAS DE NUBE
Curso de Agrometeorología
Mayo de 2003
Ing Agr. Gabriela Cruz
Aerosoles
¿Cuáles son los tamaños de los aerosoles?
Aerosoles gigantes > 1 micras de radio - concentraciones similares en masas de aire marítimo y continental, así como en aire contaminado.
Aerosoles grandes 0.1 a 1 micra de radio - más numerosos que los núcleos gigantes, pero con una contribución similar en la masa.
Núcleos de Aitken < 0.1 micras de radio - los aerosoles más numerosos de todos, especialmente en áreas contaminadas.
¡Sin aerosoles!
¿Qué pasaría si no existieran estos aerosoles en la atmósfera? (una situación que puede simularse en laboratorio "filtrando" las partículas contenidas en un volumen de aire).
¡Sin aerosoles!
En este caso, ¡sería necesaria una humedad relativa en el aire del orden de 700% (sobresaturación) para que se produzca una "condensación espontánea"! Sin embargo, en el aire ambiente siempre están presentes estas partículas, aunque algunas pueden ser más efectivas para iniciar el proceso de condensación que otras.
¡Sin aerosoles!
En cualquier muestra de aire que se tome se puede observar miles de partículas en suspensión (aerosoles), incluso en zonas remotas con aire relativamente "puro". La composición de estos aerosoles es muy variada, según se trate de partículas naturales (polvo o sal marina) o de origen industrial (5% del total).
¿Cómo y por qué se forma una gotita de nube?
Primero es preciso contemplar el caso sencillo del vapor de agua en equilibrio sobre una superficie acuosa plana. El aire húmedo alcanza una presión de vapor saturante (es) que depende de la temperatura.
¿Cómo y por qué se forma una gotita de nube?
Pero una partícula de agua tiene una curvatura que, según demuestra la teoría, precisa una presión de vapor superior a la es (es decir, una ligera subresaturación) para que la partícula permanezca en equilibrio - el efecto de Curvatura o Kelvin. Cuanto mayor sea la curvatura, la presión de vapor ha de ser más elevada.
¿Cómo y por qué se forma una gotita de nube?
Por tanto, una pequeña alteración en el ambiente saturado o en el tamaño de la gotita da lugar a un estado de crecimiento inestable.
Formación de gotitas de nube
La formación de gotitas nubosas comienza cuando un gran volumen de aire húmedo se enfría por debajo de su temperatura del punto de rocío.
Formación de gotitas de nube
Este enfriamiento se produce por la expansión adiabática que experimenta la citada masa de aire cuando asciende. El enfriamiento radiativo y la mezcla de diferentes masas de aire también pueden dar lugar a la disminución requerida de la temperatura del aire húmedo.
Formación de gotitas de nube
La presión de vapor de equilibrio sobre un núcleo higroscópico tiene un valor menor que sobre una gotita de agua pura.
Formación de gotitas de nube
La disolución se diluye a medida que crece la gotita. Pero esto requiere una mayor presión de vapor para que se conserve el equilibrio.
Formación de gotitas de nube
Así, el aire ambiente deja de estar saturado con respecto a la gotita. El agua que contiene se evapora (aumenta el radio de curvatura); se llega a un estado de equilibrio.
El efecto soluto combinado con el de Curvatura
La combinación de ambos efectos produce una serie de curvas de (Koehler) para diferentes concentraciones de sal en el agua. El gráfico siguiente muestra una de estas curvas junto a una gotita creciendo a media que la saturación y el tamaño de l a gotita aumentan.
El efecto soluto combinado con el de Curvatura
Hasta un determinado radio crítico, r*, domina el efecto soluto; la gotita está en equilibrio estable con el aire ambiente.
El efecto soluto combinado con el de Curvatura
Permanecerá como una partícula de "neblina" .
¿Qué pasa si una gotita no puede alcanzar el radio crítico r*?
El efecto soluto combinado con el de Curvatura
Si alcanza el radio crítico r* continuará creciendo, con lo que se encontrará entonces en un aire ambiente "inestable" (siempre que la sobresaturación se mantenga por encima de la curva de equilibrio).
El efecto soluto combinado con el de Curvatura
Atención: el agua disponible para la condensación se debe a movimientos atmosféricos con una escala de decenas de metros a centenares de kilómetros; el crecimiento de la gotita nubosa corresponde a una escala de micras a centímetros