La Precipitación Atmosférica: Conceptos Fundamentales y Procesos

Con el término «precipitación», el meteorólogo designa a cualquiera de las formas en las que el agua cae a la superficie de la Tierra desde el seno de la atmósfera (lluvia, granizo, nieve, etc.). Las precipitaciones figuran entre los fenómenos denominados hidrometeoros y, aún hoy en día, el conocimiento de los procesos que tienen lugar en el interior de una nube para que se forme una gota de lluvia, un copo de nieve o de granizo, sigue siendo objeto de investigación.

Sabemos que en el interior de una nube hay partículas microscópicas de agua y de hielo en equilibrio con el vapor de agua, conformando un sistema bifásico estable si la temperatura es superior a los 0 °C. Si la temperatura es inferior, el sistema suele encontrarse en un estado de subfusión. En cualquier caso, para que se formen las nubes no solo es necesario que exista inestabilidad térmica vertical y que una masa de aire húmedo se eleve en el seno de la atmósfera, sino que además es fundamental la presencia de núcleos de condensación en el aire, que son sustancias higroscópicas que atraen a las moléculas de vapor de agua. Experimentalmente se ha podido comprobar que en un ambiente limpio (es decir, aire sin núcleos de condensación encerrado en un recipiente con paredes muy limpias y pulidas), aunque la temperatura descienda por debajo del punto de rocío, no se forman gotitas de agua a pesar de estar el ambiente sobresaturado. Más concretamente, se ha comprobado que, en dicho ambiente, para que se forme una gotita de agua pura con un radio de una micra es necesaria una humedad relativa del 320 %, y para una gota con un radio de una micra se necesita una humedad relativa del 101 %.

La realidad es que, en el seno de la atmósfera, la condensación del vapor de agua puede producirse mucho antes gracias a la presencia de los núcleos de condensación; incluso no es necesario que se alcance la saturación, es decir, es posible que la humedad relativa sea inferior al 100 % y, sin embargo, se formen partículas de agua. Los núcleos de condensación tienen tamaños comprendidos entre un radio equivalente de una milésima de micra hasta un valor de diez micras o más. Cuando estas partículas higroscópicas tienen tamaños inferiores a 0,01 micras de radio equivalente, no son eficaces como núcleos de condensación. Por otra parte, las partículas con un radio igual o superior a las diez micras precipitan rápidamente y, por lo tanto, tampoco suelen intervenir en los procesos de condensación. En definitiva, el tamaño óptimo para estos núcleos de condensación oscila entre 0,1 y 1 micra.

Por término medio, el aire oceánico contiene un millón de núcleos de condensación por litro, mientras que en el aire continental dicha concentración varía entre cinco y seis millones.

Tal y como ya se ha comentado más arriba, una vez iniciada la formación de las gotitas de agua, el proceso de su crecimiento dista mucho de ser sencillo, hasta el punto de que aún está por explicar. Realmente, en el interior de una nube se están produciendo continuamente dos fenómenos opuestos: uno que tiende a la formación de gotitas de agua y su posterior crecimiento, y otro que tiende a su desaparición por evaporación.

Sin entrar en más detalles, un dato interesante sirve para ilustrar estas cuestiones. Se sabe que una gotita de agua con un radio de una décima de milímetro, que descienda dentro de una masa de aire con una temperatura de 5 °C y una humedad relativa del 90 %, se evapora después de caer 150 m. Sin embargo, en el caso de una gota de lluvia (radio igual o mayor que un milímetro), necesita 42 km antes de evaporarse en la misma masa de aire.

Tipos de Precipitación Atmosférica

Según el «Atlas Internacional de Nubes», existen diferentes tipos de precipitaciones, entre los cuales, mencionaremos los siguientes:

• Lluvia: Denominación que se da a la precipitación de partículas de agua líquida con diámetro igual o mayor a 0,5 milímetros.
• Llovizna: Es una precipitación uniforme y suave, formada por gotitas de agua líquida de diámetro inferior a 0,5 mm.
• Nieve: Es una precipitación de agua sólida, formada por estructuras cristalinas más o menos complejas llamadas copos de nieve.
• Cimarra o Nieve en Granos: Es una precipitación sólida en forma de gránulos de hielo muy pequeños, blancos y opacos, de forma alargada o aplanada, y cuyo diámetro suele ser inferior al milímetro.
• Granizo: Es una precipitación de agua sólida, formada por granos o bolas de hielo (pedrisco) con diámetros superiores a los 5 mm, que caen separados unos de otros o aglomerados en bloques irregulares, pudiendo producir grandes daños en los cultivos, en los inmuebles, etc.

Teorías Clave sobre la Formación de Gotas de Lluvia

Teoría de Bergeron-Findeisen

Según esta teoría, es fundamental la presencia de partículas microscópicas de hielo para que se formen las gotas de lluvia. Concretamente, esta teoría admite que la temperatura del aire debe estar por debajo de los 0 °C para que, una vez que se han formado gotitas de agua en presencia de los núcleos de condensación, nos encontremos con un sistema subenfriado. Realmente, esta masa de aire húmedo con gotitas de agua puede llegar a alcanzar temperaturas de diez, veinte, treinta o más grados bajo cero antes de producirse una congelación espontánea de dichas partículas. Una vez que se han formado estos cristalitos de hielo, su tamaño crece rápidamente por condensación del vapor de agua, formándose cristales de nieve que se unen entre sí por colisión para formar copos de nieve. En la atmósfera, dicha unión se ve favorecida cuando la temperatura del aire está comprendida entre los 0 y los –5 grados centígrados. Por supuesto, el desarrollo de todo el proceso descrito anteriormente implica admitir que dentro de la nube existen corrientes de aire ascendentes que provocan el enfriamiento suficiente del aire para que se formen primeramente los núcleos de congelación y posteriormente los copos de nieve. Si estos últimos adquieren el tamaño adecuado, su velocidad de caída será lo suficientemente grande como para que lleguen a la superficie terrestre, aunque, por lo general, lo hacen en forma de gota de lluvia, ya que, en su descenso, el copo de nieve suele atravesar capas de aire con temperatura superior a los cero grados y lo suficientemente espesas como para que se licúe.

Teoría de la Colisión-Coalescencia

Si la teoría de Bergeron y Findeisen fue plenamente aceptada por la comunidad científica de la primera mitad del siglo XX, poco después de la Segunda Guerra Mundial, quedó patente que, si bien dicha teoría era aplicable a climas fríos o templados, no ocurría lo mismo con los climas tropicales. Para llenar este vacío, un grupo de investigadores encabezados por Langmuir (Premio Nobel de Química) propuso, para este tipo de climas, otra teoría para la formación de lluvia. En ella se supone que las partículas grandes de agua que se forman en el interior de la nube, también conocidas como «gotas colectoras», crecen en el seno de la misma a expensas de las pequeñas, bien por colisión o bien porque, en su caída, atrapan las gotitas pequeñas (coalescencia) hasta formarse la gota de lluvia. Sin entrar en una descripción mayor de esta teoría, debemos reconocer que aún existen muchas incógnitas por despejar. En cualquier caso, hoy en día se admite que ambas teorías pueden ser complementarias en muchas situaciones.