7.4.3: Proceso de precipitación

La palabra precipitación en química se refiere al material que cae de la suspensión. La misma definición se puede aplicar al estudiar el clima. La precipitación desde un punto de vista meteorológico es agua en alguna forma, que cae del aire y se asienta en la superficie de la tierra. Esto nos permite distinguir entre las formas de condensación en la atmósfera y la condensación que se produce en la superficie. El rocío es condensación en la superficie y por lo tanto no es una forma de precipitación. Lluvia, nieve, granizo, aguanieve, lluvia helada son todas formas de precipitación. Los meteorólogos han desarrollado dos modelos de formación de precipitación. Son los modelos de colisión-coalescencia y cristal de hielo. Una distinción importante entre los dos procesos es la temperatura de la nube. Las nubes cálidas son aquellas cuya masa se encuentra por encima del nivel de congelación mientras que las nubes frías existen principalmente donde la temperatura está por debajo de cero.

Colisión - coalescencia

Figura\(\PageIndex{1}\): Colisión-coalescencia de gotas de lluvia

El modelo de colisión-coalescencia se aplica a las nubes cálidas que se forman en los trópicos. Las nubes cálidas son las que se forman a altitudes donde la temperatura del aire está por encima de cero. Para que la precipitación se forme bajo este modelo, es necesario que haya una variedad de núcleos de condensación de diferentes tamaños. Los núcleos de condensación grandes crearán grandes gotas de agua mientras que los núcleos de condensación más pequeños crean pequeñas. Para que las gotitas puedan llegar a la superficie tienen que ser lo suficientemente pesadas como para superar la resistencia impuesta por el aire ascendente que está alimentando el desarrollo de la nube. Las gotitas más pequeñas y ligeras se suspenden fácilmente en las corrientes ascendentes del aire, mientras que las gotas más grandes y pesadas del colector caen y chocan con las más pequeñas. Tras la colisión, las gotitas se unen en una gotita más grande. A medida que cae la gotita, la resistencia por el aire aplana la gotita hasta el punto en que se vuelve inestable y se rompe. Con suficientes colisiones, la gotita alcanza un tamaño suficiente para caer hasta la superficie.

Modelo Ice — Crystal

El modelo de cristal de hielo, o proceso de Bergeron, es el proceso de formación de precipitación en las latitudes media y alta. Aquí, las nubes se forman a altitudes donde las temperaturas están por debajo del punto de congelación del agua. En estas nubes, el agua existe en su forma líquida a pesar de que las temperaturas son lo suficientemente frías como para congelar el agua. El agua que tiene una temperatura por debajo del punto de congelación pero que aún se encuentra en estado líquido se llama "agua súper enfriada”. El agua en cantidades extremadamente pequeñas, como gotas de nubes, puede existir en tal estado. Los cristales de hielo se encuentran coexistiendo con el agua superenfriada en nubes frías. Cuando esto ocurre, los cristales de hielo crecerán a expensas de las gotas de agua. ¿Por qué? Examine la curva de saturación en la Figura\(\PageIndex{2}\). Muestra que a temperaturas por debajo del punto de congelación la presión de vapor de saturación del hielo es menor que la de una gotita de agua. Esto significa que existe un gradiente de vapor de agua entre la gotita y el hielo. El agua puede evaporarse de la gota y depositarse en el hielo en respuesta al gradiente de vapor de agua. La gotita se disipará en tamaño mientras que el cristal de hielo se convierte en un copo de nieve. Una vez que el copo de nieve sea lo suficientemente grande, caerá a la superficie. Así, la precipitación que cae en las latitudes media y alta comienza como nieve. Si golpea la superficie como nieve o lluvia depende de las condiciones de temperatura a través de las cuales cae el copo de nieve.

Figura\(\PageIndex{2}\): Relación entre la temperatura del aire y la presión de vapor a la saturación

Figura\(\PageIndex{3}\): Crecimiento de cristales de hielo por deposición

Formas de precipitación

Hay una variedad de diferentes tipos de precipitación pero aquí solo trataremos a cuatro de las más comunes. El tipo de precipitación recibida depende de la variación de la temperatura sobre la superficie. La lluvia es precipitación en forma líquida. La nieve es precipitación en forma sólida como (típicamente) una forma de cristal hexagonal. El tamaño y la forma del cristal dependen del contenido de humedad y la temperatura del aire. Recordemos que en las latitudes media y alta la lluvia comienza como nieve. Si la temperatura del aire cerca de la superficie está por encima de cero, la nieve se derretirá en lluvia y caerá en forma líquida. Si las temperaturas del aire están por debajo de cero en su viaje hacia la superficie, la precipitación será en forma de nieve. El aguanieve ocurre cuando la nieve cae a través de una capa cálida de aire y se derrite. Antes de llegar al suelo, la precipitación pasa a través de una capa fría de aire haciendo que el agua se vuelva a congelar y caiga como aguanieve. La lluvia helada ocurre cuando la nieve se derrite al pasar por una capa cálida de aire y luego se congela en la superficie cuya temperatura está en o por debajo del punto de congelación. Cantidades significativas de lluvia helada cubren la superficie con un esmalte de hielo haciendo que las carreteras traicioneras y derribando árboles y derribar líneas eléctricas. El granizo cae como bolitas redondeadas o bolas de hielo por tormentas eléctricas severas. Los movimientos verticales de arriba y abajo a través de la tormenta crean anillos concéntricos de hielo alrededor de la piedra de granizo.

Figura\(\PageIndex{4}\): Una pesada capa de hielo y nieve derriba estas líneas eléctricas (Fuente: NOAA)