Condensação e formação de nuvens

O ar que sobe 1 km esfria 9.8 °C até ficar saturado, por isso as nuvens têm bases planas.

Um copo frio em um dia quente

Retire uma lata de bebida gelada da geladeira em um dia úmido e, em um minuto, ela estará molhada por fora. A água não atravessou a lata. Veio do ar. O ar em contato com o metal frio esfria, e o ar frio não consegue conter tanto vapor quanto o quente, por isso o excesso se condensa em líquido. Isso é condensação, o oposto da evaporação, e é exatamente assim que as nuvens se formam.

A NOAA explica isso com duas temperaturas: a temperatura do ar e o ponto de orvalho. O ponto de orvalho é a temperatura na qual o ar fica saturado. Resfrie o ar abaixo dele, e o vapor começa a se condensar. Quando a temperatura do ar e o ponto de orvalho se igualam perto do chão, muitas vezes se forma nevoeiro.

O ar que sobe se resfria

A maneira mais comum de resfriar o ar até o ponto de orvalho é fazê-lo subir. A pressão atmosférica diminui com a altitude, por isso uma bolha de ar em ascensão (uma parcela) se expande. A expansão consome energia da própria parcela, que esfria mesmo sem perder calor. Meteorologistas chamam isso de resfriamento adiabático. Para ar seco, a taxa é de 9.8 °C por quilômetro de subida, o gradiente adiabático seco.

Por exemplo, o ar na superfície está a 30 °C, com ponto de orvalho de 18 °C. Ao subir, a temperatura cai cerca de 9.8 °C por km e o ponto de orvalho cerca de 1.8 °C por km. A diferença de 12 °C se fecha a 8 °C por km, então o nível de condensação por levantamento fica aproximadamente a 12 ÷ 8 = 1.5 km acima do ponto de partida. É onde aparecem as primeiras gotículas. Como todo o ar da região tem temperatura e umidade semelhantes, atinge a saturação aproximadamente na mesma altura. Essa altura comum é a base plana vista sob uma fileira de nuvens cúmulos em uma tarde de verão.

Toda gotícula tem uma partícula no centro

As gotículas de nuvem geralmente se formam quando o vapor de água se condensa em partículas de aerossol chamadas núcleos de condensação de nuvens. Sal marinho, poeira, fumaça e cinzas vulcânicas podem fornecer essas partículas. A ativação depende do tamanho e da composição da partícula e de quanto a umidade supera a saturação, não de um raio mínimo universal. A gotícula cresce muito além do tamanho do núcleo e continua sendo quase inteiramente água pura.

A condensação também devolve a energia absorvida pela evaporação. Quando o vapor vira líquido, libera calor no ar ao redor. Esse aquecimento torna o ar da nuvem mais flutuante, fazendo-o subir mais, condensar mais e liberar ainda mais calor. A NOAA destaca que essa liberação ajuda a formar furacões. Uma nuvem nunca está pronta: nas bordas, gotículas continuam evaporando enquanto novas se formam dentro, por isso as nuvens mudam de forma diante dos seus olhos.