Condensación y formación de nubes

El aire que sube 1 km se enfría 9.8 °C hasta saturarse; por eso las nubes tienen bases planas.

Un vaso frío en un día caluroso

Saca del refrigerador una lata de bebida fría en un día húmedo y, en un minuto, estará mojada por fuera. El agua no atravesó la lata. Vino del aire. El aire que toca el metal frío se enfría y, como no puede contener tanto vapor como el aire cálido, el exceso se condensa en líquido. Esto es condensación, lo contrario de la evaporación, y es exactamente lo que ocurre al formarse las nubes.

La NOAA lo explica mediante dos temperaturas: la del aire y el punto de rocío. El punto de rocío es la temperatura a la que el aire se satura. Si enfrías el aire por debajo de ese punto, el vapor comienza a condensarse. Cuando la temperatura del aire y el punto de rocío son iguales cerca del suelo, suele formarse niebla.

El aire ascendente se enfría por sí solo

La forma más común de enfriar el aire hasta su punto de rocío es elevarlo. La presión atmosférica disminuye con la altura, así que una burbuja de aire ascendente (una parcela) se expande. La expansión consume energía de la propia parcela y esta se enfría aunque no haya perdido calor. Los meteorólogos lo llaman enfriamiento adiabático. Para el aire seco, la tasa es de 9.8 °C por cada kilómetro de ascenso: el gradiente adiabático seco.

Por ejemplo, el aire en la superficie está a 30 °C, con un punto de rocío de 18 °C. Al ascender, la temperatura baja unos 9.8 °C por km y el punto de rocío unos 1.8 °C por km. La diferencia de 12 °C se cierra a 8 °C por km, de modo que el nivel de condensación por ascenso está aproximadamente a 12 ÷ 8 = 1.5 km sobre el punto de partida. Allí aparecen las primeras gotitas y, como todo el aire de la zona tiene temperaturas y humedad parecidas, alcanza la saturación a una altura similar. Esa altura común es la base plana que ves bajo una hilera de cúmulos en una tarde de verano.

Cada gotita tiene una partícula en el centro

Las gotitas de nube suelen formarse cuando el vapor de agua se condensa sobre partículas de aerosol llamadas núcleos de condensación de nubes. La sal marina, el polvo, el humo y la ceniza volcánica pueden aportar estas partículas. La activación depende del tamaño y la composición de la partícula y de cuánto supera la humedad la saturación, no de un radio mínimo universal. La gotita crece mucho más que su núcleo y sigue siendo agua casi pura.

La condensación también devuelve la energía absorbida durante la evaporación. Cuando el vapor se convierte en líquido, libera calor al aire circundante. Ese calor hace que el aire de la nube sea más flotante, por lo que sube más, condensa más vapor y libera aún más calor. La NOAA señala que esta liberación ayuda a formar huracanes. Una nube nunca está terminada: en sus bordes, las gotitas siguen evaporándose mientras se forman otras dentro; por eso cambia de forma mientras la observas.