Nubes y partículas

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Propiedades de las partículas

Dependiendo de la fuente y de su evolución en la atmósfera, las partículas adquieren diferentes tamaños y concentraciones (características físicas); pero existe otra distinción importante entre las partículas: su composición química. Tanto las características físicas como las químicas de una partícula tienen una importancia determinante en la forma en que ésta se comporta en la atmósfera. La razón por la que lo aerosoles son de tanta importancia es porque son esenciales en la formación de nubes.

Composición química de los aerosoles

La composición química de una materia particulada está profundamente relacionada con su fuente de origen. Los componentes más comunes son la sal del mar, sulfatos, nitratos, amonio, materia orgánica, compuestos cristalinos, metales traza y agua.

En la fracción gruesa (diámetro de partícula >1µm) normalmente encontramos compuestos cristalinos (sílice, magnesio, calcio, aluminio...), cloruro sódico (del spray marino), elementos biológicos primarios (polen, esporas, larvas de insectos...), e incluso cenizas de carbón.

En la fracción fina las partículas normalmente están compuestas por aerosoles secundarios (produucidos por una conversión de gas a partícula) como el sulfato, nitrato, componentes orgánicos y de metales (plomo, hierro, cobre, niquel...) y carbono elemental.

Mezcla química

El tiempo de residencia de las partículas en la atmósfera es de alrededor de dos días, durante este tiempo las partículas no permanecen estáticas, sino que su composición química varía al cambiar las condiciones de la atmósfera que las rodea.

Se diferencian dos estados de mezcla: mezcla interna y mezcla externa

En la mezcla externa las partículas que provienen de diferntes fuentes se mantienen separadas.

En una mezcla interna varios componentes químicos están mezclados en una sola partícula. Cuanto más antigua es la masa de aire, mayor es el nivel de mezcla interna existente.

1. Imagen de una partícula de polvo mineral recogido de la troposfera marina. Copyright © 1999, The National Academy of Sciences

Núcleos de condensación de las nubes

Uno de los papeles más importantes en la atmósfera es que permiten que se formen las nubes, en realidad el agua necesita de esas pequeñas partículas para poder condensar sobre algo. No todas las partículas de aerosoles sirven como núcleos de condensación, las que sí sirven se llaman Núcleos de Condensación de Nubes (en inglés Cloud Condensation Nuclei (CCN)). Esta propiedad depende del tamaño de la partícula, la composición química y la supersaturación (ver procesos de formación)

La fracción de partículas de aerosol que son CCN es normalmente mayor sobre los océanos que sobre otros medios. Sin embargo, debido a la gran concentración de partículas de aerosoles en ambientes contaminados, podemos encontrar alrededor de 100 CCN/cm³en masas marinas y  muchos cientos de CCN/cm³ en masas de aire con contaminación.

Para actuar como CCN, las partículas deben ser lo suficientemente higroscópicas, deben contener suficiente cantidad de material soluble en agua. Esta es la razón por la que también controlan la formación de nubes de gotas de agua. POr ejemplo, las partículas de polvo, cuando son emitidas al aire sin mezclar con nada más, no pueden actuar como CCN, en cambio las partículas de sal marina sí (en días húmedos puede resultar complicado utiizar un salero porque el vapor de agua se ha condensado sobre los cristales de sal, peg´´andolos unos a otros).

2. Estelas de los barcos. Las chimeneas de los grandes barcos emiten partículas que actúan como CCN y forman las nubes que se ven en esta imagen. Francia está a la dercha y España está  en la parte de abajo de la imagen. Al moverse los barcos por esta zona del Atlántico Este, se formaron las nubes que se ven en la imagen, dejando una clara pista de sus trayectorias. Estas estelas pueden permanecer durante horas y dar pistas del tiempo que hace que pasó el barco, la dirección que siguió y la velocidad a la que iba. Cuanto más rápido fuera el barco más estrecha y larga será la estela. Los barcos más lentos dejan estelas más cortas y anchas. Fuente: NASA.

Efecto de los aerosoles en las nubes

Por lo que ya sabemos las partículas de aerosoles permiten la formación de las nubes. El tamaño y el número de partículas, por lo tanto, deberían cambiar las características de las nubes. De hecho los aerosoles juegan unpapel esencial en el sistema de nubes, modificando sus características microscópicas (número y tamaño de las gotas), la precipitación potencial y las propiedades ópticas.

Una de las observaciones fundamentales es que incrementando el número de partículas capaces de formar gotas en la atmósfera, las nubes tendrán más gotas aunque de menor tamaño. Y el número y tamaño de las gotas son importantes para la producción de lluvia y para las propiedades ópticas de las nubes (la influencia de los aerosoles en las nubes se llama "efecto indirecto")

Por esto motivos y debido a que as actividades humanas son importantes productoras de materia particulada, los humanos modifican el número y las características de as nubes. 

Mira la fotografía de la izquierda. Muestra trazas de condensación (también conocidas como "contrails") sobre un valle de Francia. Estas nubes artificiales también aparecen en la estela de los aviones y se componen de cristales de hielo que se forman cuando el aire se encuentra a temperaturas por debajo de -40ºC. Se estima que más o menos el 0.1% de la superficie del planeta está cubierta por estas nubes artificiales. 

Sobre esta página
Autor: J. Gourdeau, LAMP Clermont-Ferrand, France
Revisión científica: Dr Paolo Laj, LaMP, France.
Fecha de creación: 2003-10-15; Última actualización: 2004-04-21.