7.2.4: Condensación

La condensación es el cambio de fase del vapor de agua en un líquido. Durante el proceso de condensación, las moléculas de agua pierden los 600 cal/gm de calor latente que se agregaron durante el proceso de evaporación. Cuando se libera calor latente se convierte en calor sensible que calienta el aire circundante. El calentamiento del aire aumenta su flotabilidad y alimenta el desarrollo de tormentas. La condensación se produce en presencia de núcleos de condensación y cuando el aire está casi saturado.

El vapor de agua se lanza tan rápido en el aire que las moléculas tienden a rebotar entre sí sin unirse. Incluso si unas pocas moléculas de agua pura colisionaran y se unieran entre sí, la tensión superficial creada por una esfera tan pequeña es tan grande que es extremadamente difícil que moléculas de agua adicionales se incorporen a la masa. De ahí que los núcleos de condensación actúen como una plataforma para que se produzca la condensación, aumentando el tamaño de una gotita y disminuyendo la tensión superficial. Los minerales arcillosos absorbentes de agua y la sal marina son buenos núcleos de condensación. Los sulfatos y nitratos son absorbentes de agua y son responsables de crear lluvia ácida.

El aire debe estar en o cerca de su punto de saturación para que tenga lugar la condensación. El aire puede saturarse de dos maneras, 1) agregar agua al aire por evaporación llevándolo así a saturación dada su temperatura actual, o 2) enfriar el aire a su temperatura de punto de rocío. Enfriar el aire es la forma más común de que ocurra la condensación y crear nubes. El aire se puede enfriar a través del contacto con una superficie fría o por elevación. El enfriamiento por contacto ocurre cuando el aire entra en contacto con una superficie más fría y la conducción transfiere calor fuera del aire.

Mecanismos de elevación

Figura\(\PageIndex{1}\): Elevación convectiva

El enfriamiento adiabático ocurre cuando el aire se eleva de la superficie haciendo que el aire pierda calor a través del trabajo de expansión. Una parcela de aire se eleva cuando inicialmente gana calor de la superficie causando elevación convectiva. Cuando el aire es calentado por la superficie se expandirá y se volverá menos denso en relación con el aire que lo rodea. Al ser menos denso que el aire que lo rodea, el aire se vuelve flotante y comienza a elevarse. Debido a que la presión atmosférica disminuye con la altura, la parcela de aire se expande y se enfría. Si el aire se enfría a su punto de rocío se produce la saturación de temperatura y comienza la condensación. La elevación por encima de la superficie donde comienza la condensación se denomina nivel de condensación.

Figura\(\PageIndex{2}\): Elevación convergente

La elevación convergente ocurre cuando el aire entra en un centro de baja presión. A medida que el aire converge en el centro de un ciclón se ve obligado a elevarse de la superficie. A medida que el aire sube, se expande, se enfría y el vapor de agua se condensa. La elevación convergente y convectiva son los dos mecanismos de elevación más importantes para la condensación en los trópicos. Bajo el intenso sol, el calentamiento de la superficie hace que el aire tropical húmedo se eleve. La convergencia de los vientos alisios en la zona de convergencia intertropical también crea abundantes lluvias en los trópicos húmedos.

Figura\(\PageIndex{3}\): Elevación orográfica

El levantamiento orográfico es el ascenso forzado del aire cuando choca con una montaña. A medida que el aire golpea el lado de barlovento, se eleva y enfría. Las laderas de barlovento de las montañas tienden a ser los lados lluviosos mientras que el lado de sotavento es seco. Los climas secos como las estepas y el desierto se encuentran a menudo en la “sombra de lluvia” de los sistemas montañosos altos que están orientados perpendicularmente al flujo de aire.Una sombra de lluvia en el sotavento de los vientos alisios mientras cruzan la porción montañosa noroeste de la Gran Isla de Hawái (Figura\(\PageIndex{4}\)). La formación de nubes y vegetatón verde identifica el barlovento, mientras que el marrón rojizo indica el lado de sotavento seco.

Figura\(\PageIndex{4}\): Sombra de lluvia en la Isla Grande de Hawai. (Fuente NASA EOS)

La elevación frontal ocurre cuando las masas de aire muy contrastantes se encuentran a lo largo de un frente climático. Por ejemplo, cuando el aire caliente choca con el aire frío a lo largo de un frente cálido, el aire caliente se ve obligado a elevarse y sobre el aire frío. A medida que el aire se eleva suavemente sobre el aire frío, se forman nubes de tipo estrato desarrolladas horizontalmente. Si el aire frío choca con el aire caliente a lo largo de un frente frío, el aire frío más denso puede obligar al aire más cálido a subir rápidamente creando nubes de tipo cúmulo desarrolladas verticalmente.

Figura\(\PageIndex{5}\): Elevación frontal