Explicamos los mecanismos físicos acerca de cómo se forma la lluvia

¿Cómo se forma la lluvia? Quizás os lo habéis preguntado alguna vez. Los mecanismos físicos que conllevan su aparición son algo complejos, además de que hacen falta ciertas condiciones atmosféricas para que tenga lugar.

No cabe duda de que el líquido elemento es uno de los meteoros más queridos, junto con las tormentas, por los aficionados a la meteorología y muy deseado por agricultores, ganaderos, así como por cualquier persona que adore el olor a petricor, el paisaje húmedo, fresco y encharcado.

Por ello, vamos a conocer cómo se forma y cae sobre nuestras cabezas y paisajes la lluvia.

¿Cómo se forma la lluvia? La condensación y formación de gotas

El ciclo de la lluvia comienza con el proceso de evaporación del agua desde los océanos, lagos, ríos y otras fuentes contenedoras de agua.

Este vapor de agua asciende en la atmósfera debido a la convección y otras corrientes ascendentes de aire caliente, desde las capas más bajas de la atmósfera.

A medida que el vapor sube, se enfría progresivamente hasta que alcanza una altitud donde la temperatura es lo suficientemente baja como para que el vapor de aguase condense en forma de pequeñas gotículas alrededor de partículas microscópicas de polvo, sal marina u otros aerosoles atmosféricos. Este proceso se conoce como nucleación heterogénea.

Hay que tener en cuenta, que cuanto mayor es la diferencia entre la temperatura en niveles inferiores y superiores, más efectivo es el ascenso del agua y mayor es la posibilidad de que se formen nubes de lluvia.

La ecuación de Clausius-Clapeyron

Hay una ecuación física que fundamenta teóricamente el proceso antes descrito y que es cable para entender cómo se produce la lluvia.

La ecuación de Clausius–Clapeyron describe la relación entre la temperatura y la presión de saturación del vapor de agua, un aspecto clave en la formación de nubes.

A grandes rasgos, nos dice que cuanto más frío es el aire, menor cantidad de vapor de agua puede retener, lo que provoca que el exceso se condense en gotículas.

Una vez formadas estas pequeñas gotículas (de un diámetro aproximado de 10 micras), las mismas comienzan a interactuar entre sí.

El mecanismo de coalescencia, que es el proceso por el cual las gotículas se fusionan para formar gotas más grandes, es fundamental en esta fase.

Las gotas que alcanzan un tamaño considerable (entre 1 y 5 mm de diámetro) se vuelven lo suficientemente pesadas como para vencer las corrientes ascendentes y caer hacia el suelo como precipitación.

¿Por qué caen gotas de diferente tamaño?

El tamaño de las gotas que caen de una nube está determinado por varios factores:

• El proceso de formación. Dentro de masas de aire más cálidas o templadas, las gotas crecen principalmente por coalescencia. En cambio, en las nubes frías, donde las temperaturas están por debajo de los 0 °C, el proceso de Bergeron-Findeisen entra en juego. Aquí, los cristales de hielo crecen a expensas de las gotitas de agua superenfriadas, lo que puede generar diferentes tamaños de gotas cuando estos cristales se derriten al caer.
• Corrientes ascendentes. Las corrientes de aire dentro de la nube también juegan un papel clave. Las gotas pequeñas son más susceptibles de ser arrastradas hacia arriba, donde pueden seguir creciendo o ser disueltas, mientras que las gotas más grandes, al ser más pesadas, superan más fácilmente estas corrientes y caen.
• Colisiones y coalescencia. A medida que las gotas caen, se encuentran con otras gotículas y pueden unirse, formando gotas más grandes. Este proceso es más eficiente en nubes con mayor densidad de partículas.

¿Por qué no llueve de todas las nubes?

No todas las nubes producen lluvia, y la razón radica en la dinámica interna de cada tipo de nube.

Por ejemplo, las nubes altas, como los cirros, están compuestas principalmente por cristales de hielo debido a las bajas temperaturas de la troposfera superior. Estos cristales suelen ser demasiado pequeños y dispersos para formar gotas de lluvia.

En el caso de las nubes bajas, como los estratocúmulos, cúmulos de pequeño desarrollo o los estratos, las gotas de agua pueden no alcanzar el tamaño suficiente para precipitar si no hay suficiente vapor de agua o si las corrientes ascendentes dentro de la nube son demasiado fuertes, impidiendo que las gotas caigan.

Además, en ciertos casos, las gotas pueden evaporarse antes de llegar al suelo, un fenómeno conocido como virga. Esto sucede a menudo desde ciertos tipos de nubes medias o de cúmulos de mediano desarrollo.

En cambio, las nubes más gruesas como los nimboestratos o los cumulonimbos, sí tienen la entidad suficiente como para favorecer el desarrollo de las gotas de lluvia en su seno.

¿Hay alguna relación entre el tamaño de las gotas y las estaciones del año?

Las estaciones del año también pueden influir en el tamaño de las gotas de lluvia, aunque no es un factor determinante y siempre pueden existir excepciones.

Durante el verano, las tormentas convectivas suelen generar gotas más grandes debido a la presencia de fuertes corrientes ascendentes, que permiten que las gotas se mantengan más tiempo en la nube y sigan creciendo por coalescencia.

En invierno, las lluvias tienden a ser menos intensas y con gotas más pequeñas. Esto ocurre porque las precipitaciones invernales, en muchas regiones, provienen de sistemas de nubes más estables y con menor convección, lo que limita el crecimiento de las gotas.

¿Llueve más de noche o de día?

Una de las preguntas más interesantes y estudiadas por la ciencia es si hay diferencias en la precipitación entre el día y la noche. En general, varios estudios científicos han sugerido que las precipitaciones son más comunes durante la noche o al amanecer en muchas regiones del mundo.

Un ejemplo de ello es el estudio realizado en los trópicos, donde la acumulación de calor durante el día genera grandes corrientes ascendentes que, aunque forman nubes, no siempre dan lugar a precipitaciones inmediatas.

Es durante la noche cuando estas nubes alcanzan un nivel de saturación suficiente para liberar el agua en forma de lluvia.

Sin embargo, esto no es una regla universal. En regiones más secas o con patrones climáticos diferentes, las lluvias diurnas pueden ser más frecuentes, especialmente en zonas montañosas donde las corrientes convectivas se activan por el calentamiento solar directo.