Física de Nubes
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Efecto de la tensión superficial

Produce el ascenso de un líquido en un capilar,
haciendo que la savia ascienda por los pequeños
capilares, como en las grandes secuoias
  2  r  cos    r  l gh
2
h 2
  cos 
l  g  r
2

Andar a un zapatero
3

Pompas de jabón
4

Permite que se formen gotas
5

Provoca que la
tensión de
vapor sobre las
gotas sea
mayor que
sobre
superficies
planas. Cuanto
menor es la
gota mayor el
efecto de la
tensión
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Se necesita una humedad relativa de un 300%
para que se forme una gotita de 0.1 mm
Ley de Kelvin
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
En la atmósfera no se observa esa
humedad relativa tan elevada. A lo
sumo un 101%. ¿Como se pueden
formar las diminutas gotitas de agua ?
===> Los aerosoles
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Aerosoles

Pequeñas partículas existentes en la atmósfera. Una
pequeña parte de estas partículas son higroscópicas:
Núcleos de Condensación Nubosos (NCN, CCN
Cloud Condensation Nuclei) => Se pueden disolver
en agua: Ejemplo
– Partículas de sal común procedentes del océano
– Partículas de SO4(NH4)2 procedentes de la oxidación del sulfuro de
dimetilo S(CH3)2 (exhalado por algas marinas) o procedente de la
contaminación atmosférica.
– Nitratos procedentes de la contaminación atmosférica
– Emisiones volcánicas...
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
La consecuencia más importante de la
disolución de la sal en el agua (desde el
punto de vista de la física de nubes) es
la disminución de la presión de vapor
saturante (ley de Raoult)
ps w
p vw

 aw 
nw
n w  in s
La presión de vapor saturante sobre
una disolución es menor que sobre un
líquido puro
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
Teniendo en cuenta los efectos de la tensión
superficial y la higroscopicidad se obtiene la relación
entre lajumedad relativa y el radio de la gota, cuya
gráfica se muestra en la figura (curvas de Köhler)
Sobresaturación
crítica
Radio de activación
Fase de bruma
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Crecimiento de las gotitas:
Crecimiento difusivo

Una vez activadas las gotitas crecen
por difusión del vapor hacia las mismas
siguiendo una ley parabólica
r  r0  c  t
2

2
Lo que significa que las gotas mas
grandes crecen mas despacio que las
más pequeñas
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Tiempos de crecimiento de una gotita de agua
Los tiempos necesarios para que se formen gotitas de lluvia
son mucho mayor que los observados => Debe existir algún
otro mecanismo de crecimiento
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Velocidad de caída
La resistencia que opone el aire a la caída de la gota, y que es proporcional a la sección
eficaz de la gota y a la velocidad de caída, se opone al peso de la misma. Al ir
aumentando la velocidad de caída, va aumentando la resistencia hasta que llega un
momento que ambas se igualan. A partir de ese momento la velocidad de la gota
permanece constante.
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
Al salir una gota de la nube, comienza a
evaporarse, siguiendo como antes una
ley parabólica ¿Cuanto tiene que
recorrer antes de evaporarse del todo ?
16

Para que una gotita alcance la superficie
debe de alcanzar el tamaño del orden de 0.1
a 1 mm. Los tiempos requeridos para que se
alcancen estos tamaños mediante la difusión
del vapor son muy grandes ==> Debe de
existir otro mecanismo: El mecanismo de
colisión -- coalescencia
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El mecanismo de
colisión-coalescencia
Las gotas más grandes que descienden a mayor velocidad alcanzan
a las más pequeñas con la que chocan pudiendo fundirse
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Eficacia de colisión en
términos del tamaño de
la gota captora y la
relación entre ésta y las
capturadas
La gota captora debe de tener
valores superiores a 20 mm y
la mayor eficacia se alcanza
cuando las gotas capturadas
tienen un radio mitad del de la
gota captora
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Nubes cálidas

Solo interviene la fase líquida. Tiene
lugar en nubes tropicales. Surge el
problema de cómo pueden aparecer un
número relativamente grande de gotas
con tamaño suficiente para que
comience el proceso de colisión
coalescencia. Tiene importancia los
fenómenos turbulentos y la propia
historia de las masas de aire
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Nubes frías
Interviene la fase hielo
 ¿Como se forman los cristales de hielo ?
 Se han podido observar en
experimentos cuidadosos de laboratorio
agua muy pura en estado líquido hasta
una temperatura de -38ºC. En las nubes
a temperatura más elevadas no se
observa la aparición de gotitas de agua
líquida. ¿Que sucede ?

21
En la naturaleza existen los llamados
núcleos de hielo o núcleos glaciógenos
que permiten que se formen cristales de
hielo a temperaturas relativamente
elevadas
 Son partículas no higroscópicas que
‘engañan’ al agua. Tienen una
estructura cristalina muy parecida a la
del hielo.

22

Tienen diversas formas de actuación
– Deposición
– Contacto
– Condensación
 El número de núcleos de hielo es muy
escaso: del orden de varias unidades
por litro
23
Formas de los cristales de hielo

Los cristales de hielo toman diferentes
formas dependiendo de las condiciones
de humedad y temperatura. En general
son placas o prismas exagonales o con
formas dentríticas
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Fotografías de cristales de hielo
Obtenidas mediante microscopio
electrónico (y a luz visible)
25
26
27
CLASIFICACIÓN DE KOBAYASHI
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Importancia de la fase hielo

Tiene importancia el proceso Wegener- Bergeron - Findeisen
29
30

Cuando los cristales de hielo funden dan lugar a gotitas grandes que
continúan creciendo mediante colisión-colaescencia. Así mismo los
cristalitos de hielo crecen por captura de gotitas más pequeñas dando lugar
a la formación de ‘graupel’, el cual al fundir da lugar a la formación de
grandes gotas. Si la temperatura es lo suficientemente baja es posible que
este ‘graupel’ llegue al suelo en forma de granizo
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Rime
Diferentes estados de
agregación de
cristales de hielo y
gotitas de agua
sobreenfriadas
Graupel
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Clasificación de las nubes

Existen diversas clasificaciones, una de
las mas standard esta basada en la
altura y en la forma. Así tenemos tres
grupos principales:
–
–
–
–
Nubes altas (CH)
Nubes medias (CM)
Nubes bajas y (CL)
Nubes de desarrollo vertical
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
CH
– Cirros (Ci)
– Cirro-cumulos (Cc)
– Cirro-estratos (Cs)
34

CM
– Ato-estratos (As)
– Alto-cumulos (Ac)
– Nimbo-estratos (Ns)
35

CL
–
–
–
–
Estrato-cumulos (Sc)
Estratos (St)
Cumulos (Cu)
Cumulo-nimbos (Cb)
36
37
38
Nubes altas
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Cirro-estratos
40
Cirro-cúmulos
41
Cirros procedentes de un cúmulo-nimbo
42
Cirro-estratos con halo
43
Cirros invadiendo el cielo
44
Nubes Medias
45
Alto-cúmulos
46
Nimbo-estratos
47
Nimbo-estratos con pannus
48
Nubes Bajas
49
Cumulo-Nimbo con yunque
50
Cúmulo-nimbo con yunque
51
Cúmulo-Nimbo
52
Cúmulos
53
Cúmulo (cumulus congestus)
54
(Cumulus humilis)Cúmulos de buen tiempo
55
Capa de Estratos
56
Estratos
57
Estrato-cúmulos
58
Estrato-cúmulos
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Virgas de una nube
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Nubes lenticulares
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Mamas de la nube (mammatus)
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Nubes noctulicentes
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Tormentas, rayos y truenos

Formación: En situaciones de fuerte inestabilidad hidrostática los
movimiento verticales de las burbujas pueden alcanzar enormes alturas.
Estando estos movimientos verticales favorecidos por la propia formación
de la nube, tanto en su fase líquida como sólida al generarse calor latente
de condensación y congelación: favorece la formación de tormentas la
existencia de inestabilidad, humedad y vientos elevados en altura
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
Los mecanismos que inducen la
formación de la tormenta son varios:
–
–
–
–
Calentamiento diurno del suelo
Ascenso inducido cerca de colinas, montañas
Situaciones de fuerte convergencia horizontal
Situaciones frontales
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
Se estima que solo un 20% del vapor que ha
condensado llega al suelo en forma de
precipitación (sólida y/o líquida), el resto queda
como residuo de la tormenta (en forma de cirros) o
bien se ha evaporado en las corrientes
descendentes. Sin embargo un tormenta típica
produce unos 6 mm sobre unos 64 km2, lo que
significa que 400 000 toneladas de agua han
circulado dentro del sistema nuboso
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Rayos y truenos

La electrificación de la nube:
Uno de los procesos que tienen lugar dentro de lasa grandes torres de cúmulos
es la electrificación de la nube. Uno de los mecanismos mediante el cual se
produce la electrificación es la separación de cargas.
Distribución de
carga de una nube
típica
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Algunos mecanismos de generación de carga
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Formación del rayo
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Carga ~ 30 Cu.
Voltaje ~ 10 000 V
Inten. ~ 10 000
Energía= V*C ~ 109 J
70
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