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La formación de una Tormenta

 

Siempre majestuosas, intimidantes, bellas, y en la mar... peligrosas. La mayoría de ellas están formadas por nubes de fuerte desarrollo vertical en forma de seta y conocidas como "Cumulonimbus".  En su interior se desatan todos los infiernos con vientos de cientos de kilómetros por hora, pedriscos gordos como bolas de golf, y rayos ele´ctricos de decenas de miles de voltios. pero... ¿Cómo se forman?

Cuando el sol calienta el mar o también en un terreno, la zona calentada calienta a su vez el aire superficial. Como el aire calentado es menos denso al haberse dilatado por su aumento de temperatura, tendremos al final una masa de aire caliente más ligera que las capas frías que están por encima, y por tanto sumamente inestable. La masa de aire caliente comienza ascender igual que lo hace una burbuja de aire en el agua.

Cuando el aire calentado además está muy cargado de humedad por evaporación como ocurre especialmente en la superficie del mar, tendremos todas las papeletas para que se forme una imponente nube de tormenta del tipo cumuloninbus, que no es más que una nube de fuerte desarrollo vertical, y muy muy gruesa.

Este tipo de nubes comenzarán inmediatamente a evolucionar y a crecer verticalmente a medida que van ascendiendo, debido a varios fenómenos físicos que describimos a continuación.

 

 

Evolución del cumulonimbus

Cuando la masa de aire húmedo empieza a subir disminuye su presión, pues esta disminuye con la altura. Cuanto más subimos, menos aire nos queda por encima y por tanto esa columna de atmósfera sobre nosotros pesará menos, o lo que es lo mismo disminuirá su presión atmosférica.

Al disminuir la presión con la altura también baja la temperatura. ¿Porqué? Al disminuir la presión el aire se expande. Y al expandirse un gas, este siempre se enfría. Puede a disparar un bote de espray y verá como la boquilla se enfría irremediablemente.  Los físicos lo llaman "expansión adiabática". 

Al bajar la temperatura, el vapor de agua se condensa y aparecen gotitas microscópicas de niebla blanca y condensada. La nube comienza a formarse...

 

Y sigue creciendo

Cuando el vapor se condensa para formar billones de gotitas,   cada gotita cede al entorno un poco de calor. Este calor que aparece por el hecho de condensarse la gotita de agua, es justo el mismo que tuvo que gastar el sol en conseguir evaporar esa gotita, cuando cambió su estado de agua líquida a vapor de agua. Los físicos lo llamamos calor latente de cambio de estado. En este caso de cambio de estado de vapor a líquido. Es decir de vapor de agua hacia agua líquida.

Al aparecer mucho calor en la condensación de billones de gotitas, la masa de aire que ahora contiene vapor de agua con gotitas de agua, aumenta de nuevo su temperatura y se dilata más, y tira otra vez para arriba.

El proceso se va repitiendo hasta que se alcanzan alturas monstruosas de más de 15.000 metros. A grandes alturas la temperatura es muy inferior a cero grados y el agua líquida se cristaliza en hielo, lo cual vuelve a liberar todavía más calor y más ascendencia. Al congelarse cada gotita en hielo, el nuevo calor cedido de cambio de estado corresponde al calor que el sol tuvo que gastar en ese cristalito de hielo para fundirlo sin variar su temperatura y convertir su estado de agua en forma helada hacia agua liquida. Al haber más calor, aumenta aún más la temperatura de la masa y disminuye la densidad y por ello aumenta de nuevo la ascendencia.

La potencia de ascendencia es brutal. Toda la masa de aire circundante puede subir a 20 o 30 metros por segundo en un auténtico chorro ascendente. Y en el interior de estas nubes hay vientos de varios cientos de kilómetros por hora.

 

Electrones arrancados de cuajo

Debido a los brutales fenómenos atmosféricos desencadenados, los aviones de línea esquivan los cumulonimbus volando alrededor de ellos sin tocarlos. En el interior de estas nubes y debido a los movimientos y rozamientos de aire se van ‘arrancando’ electrones, que acumulan cargas eléctricas en determinadas zonas de la nube.

El resultado final es una nube cuya base tiene una carga fuertemente negativa y la parte superior carga positiva. Es una enorme pila de decenas de miles de voltios!

 

 

Cuando hay suficiente carga acumulada, en los extremos de la nube, los electrones no pueden aguantar tanta diferencia de potencial y saltan brutalmente bien a la parte superior de la nube o hacia tierra formado un relámpago.

El rayo en sí, tiene el grosor de un centímetro, y tampoco tiene una energía terrible, pero al cederse toda esta energía de golpe en una corriente eléctrica de unos 30.000 amperios durante un tiempo muy corto, del orden de pocas millonésimas de segundo, la potencia se hace brutal.

Recordemos que la potencia es energía (o trabajo que es lo mismo) en unidad de tiempo, y si este es muy corto, a misma cantidad de energía, crecerá la potencia.

El aire atravesado por el rayo se calienta a 20.000 grados que es más o menos 3 veces la temperatura de la superficie solar.

Esta dilatación repentina del aire provoca una verdadera explosión con onda de choque como en una bomba. El ruido del trueno se produce al superar el aire dilatado y en expansión la velocidad del sonido, de la misma forma que un caza bombardero produce un ruido de explosión al superar la barrera del sonido. El aire dilatado casi inmediatamente se detiene frenado por el aire que lo envuelve. El chispazo se desplaza a un tercio de la velocidad de la luz, o sea a 100.000 kilómetros por segundo.

El ruido de los rayos solo se podrá escuchar si estamos a menos de 10 millas, de modo que esto nos puede ayudar a estimar la distancia a la que vemos una tormenta. Cuando está mas cerca, podremos conocer la distancia que nos separa de su centro contando los segundo que pasan desde que vemos el relámpago hasta que oímos el trueno. Por cada 3 segundos contados estaremos un kilómetro alejado de ella ya que el sonido se desplaza a solo 330 metros por segundo.

En las inmediaciones del rayo, el gas ionizado transmite el sonido a mucha mayor velocidad y por ello a menos de 500 metros del rayo, pensaremos que este ha caído más cerca de lo que en verdad ha sido, pues el sonido ha viajado en los primeros cientos de metros a muchísima velocidad.

 

 

 

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