¿Cómo se forman las nubes?

Estamos tan acostumbrados a ellas que, normalmente, ni nos fijamos. Sin embargo, las nubes, más allá de que las relacionemos con lluvias y tormentas o con fotos artísticas para subir a Instagram, son un fenómeno imprescindible para la vida en la Tierra.

No solo nos permiten predecir fenómenos atmosféricos, sino que su importancia en el ciclo del agua hacen posible que la vida en nuestro planeta sea posible. De igual modo, son vitales para regular la temperatura media de la Tierra, pues permiten mantener un adecuado equilibrio entre la energía térmica que se mantiene en la atmósfera y la que sale reflejada hacia el espacio.

Las nubes son parte fundamental de nuestro planeta. Y, como es normal, todos nos hemos hecho preguntas acerca de ellas. ¿De qué están hechas? ¿Por qué flotan en el aire? ¿Cómo se forman? ¿Por qué hacen que llueva?

En el artículo de hoy, además de analizar su naturaleza y explicar de forma sencilla cómo se forman, daremos respuesta a estas y otras muchas preguntas fascinantes sobre las nubes.

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¿Qué es exactamente una nube?

Puede parecer una pregunta trivial, pero lo cierto es que genera bastante confusión. Y es que a pesar de que popularmente se hable de las nubes como masas de vapor de agua, esto es un gran error. Las nubes no están hechas de vapor de agua. Si lo estuvieran, no se verían. Entonces, ¿qué es una nube?

A grandes rasgos, podemos definir una nube como una masa más o menos grande de gotas de agua de tamaño muy pequeño, entre 0,004 y 0,1 milímetros. En efecto, una nube es una masa de agua líquida, aunque esta está en forma de pequeñas gotitas esféricas, en suspensión en la atmósfera.

Aunque su formación se deba a la condensación del vapor de agua (luego lo veremos con más detalle), las nubes son masas de gotas líquidas de agua, cristales de hielo o ambas a la vez, que flotan el aire, a unas alturas que van desde los 2 kilómetros en las más bajas hasta los 12 kilómetros en las más altas.

Estas gotas de agua, que están suspendidas en el aire, están expuestas a los vientos y otros fenómenos atmosféricos, lo que hace que choquen constantemente unas con otras y que terminen agrupándose formando un conglomerado que se percibe como ese “algodón de azúcar”.

Pero, ¿por qué son blancas? ¿Cómo se forman? ¿Por qué a veces “colapsan” y empieza a llover? Continúa leyendo porque responderemos ahora mismo a estas cuestiones.

¿Por qué las nubes son blancas?

Si estamos diciendo que las nubes son básicamente gotas de agua agrupadas en la atmósfera y sabemos que el agua es transparente, ¿cómo es posible que las nubes sean blancas? Para entenderlo, primero debemos comprender por qué el cielo es azul.

La luz es una onda electromagnética que forma parte del espectro visible de la franja de radiaciones. Como onda que es, tiene una longitud determinada. Y en función de cómo sea esta longitud, la luz dará lugar a un color u otro.

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Pues bien, cuando la luz del Sol llega a la Tierra, tiene que atravesar la atmósfera, encontrándose por su camino con muchas moléculas gaseosas, además de otras partículas. A través de este viaje, las radiaciones de mayor longitud de onda (rojo, naranja y amarillo) no tienen ningún problema para atravesar la atmósfera.

Pero las de longitud de onda corta (la luz azul), chocan con las moléculas del aire y son dispersadas en todas las direcciones. Por lo tanto, cuando miramos al cielo, lo que vemos es la luz que dispersa el aire, que, por la longitud de onda, corresponde al azul.

Ahora bien, las nubes, al ser conglomerados de gotas de agua, no dispersan la luz del Sol del mismo modo. Cuando la luz pasa a través de ellas, dispersan todas las longitudes de onda por igual, por lo que al final, la luz que nos llega es blanca. Y es que el blanco nace de la superposición de todos los colores.

Esta es la razón por la que las nubes son blancas: porque dispersan todas las longitudes de onda por igual, haciendo que se combinen en la luz blanca. No distinguimos ningún color porque nos llegan todos a la vez. El cielo se ve azul porque solo dispersa la luz azul; las nubes se ven blancas porque dispersan todas las luces.

Y entonces, ¿por qué se pueden ver grises e incluso negras? Porque llega un momento en el que la densidad de partículas de agua es tan alta que, simplemente, la luz no puede atravesar la nube y, por lo tanto, en lugar de ver la superposición de todos los colores (que es el blanco), simplemente tendemos a la ausencia de color, que es el negro.

¿Cómo se generan las nubes? ¿Por qué aparecen?

Ya hemos entendido qué son y por qué tienen el aspecto que tienen, pero falta por responder a la pregunta más importante: ¿Cómo se forman? Bien, antes de empezar, hay que dejar claro que las nubes forman parte del ciclo del agua y que su formación depende, básicamente, de cuatro factores: agua superficial, energía térmica, bajas temperaturas y condensación.

1. La evaporación del agua

Poco a poco iremos viendo el papel que tienen cada uno de ellos. Todo empieza con el agua en forma líquida, especialmente la de los mares y océanos, así como la de los continentes (ríos y lagos), aunque también hay un porcentaje que viene de la transpiración de las plantas y la sublimación de los glaciares, es decir, el agua que pasa de la forma sólida (hielo) a la gaseosa sin pasar por el líquido.

Pero para entenderlo más fácilmente, nos centraremos en el agua líquida superficial, es decir, la de los océanos, mares, ríos y lagos. El primer paso es convertir el agua de estos ecosistemas en gas. Como pasa con el agua cuando la hervimos en una olla, la aplicación de calor provoca que este agua supere su punto de evaporación (100 °C) y se convierta en vapor de agua.

Pero, ¿cómo es posible que el agua del mar esté a 100 °C? Bueno, aquí está el truco. El agua de los océanos está, de media, a unos 17 °C. Bastante lejos de los 100 grados necesarios para llegar al punto de evaporación. Y menos mal. Porque sino, los mares serían una olla a presión.

El proceso de evaporación no ocurre como en las ollas. La evaporación, es decir, el paso del estado líquido al gaseoso es gracias a la radiación solar. Entre muchas otras cosas, el Sol hace llegar energía térmica a la Tierra, la cual, después de atravesar la atmósfera, incide directamente sobre las capas más superficiales del agua.

En este sentido, las moléculas de agua más externas, empiezan a cargarse de energía cinética debido a esta incidencia de radiación solar. ¿El resultado? Que esta capa superficial de moléculas adquieren suficiente energía interna como para pasar al estado gaseoso, abandonando el líquido en el que se encontraban.

Esto no solo explica cómo se evapora el agua de los océanos y mares, sino también que no podamos verla. Y es que no se evaporan grandes masas de agua, sino moléculas independientes. Pero esto, teniendo en cuenta que hay más de 1.300 millones de kilómetros cúbicos de agua en los océanos, es muchísimo vapor de agua que pasa a la atmósfera.

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2. La condensación en la atmósfera

Como vemos, ahora nos encontramos en un punto en el que tenemos moléculas de agua en estado gaseoso (vapor de agua) en la atmósfera. Lo que sucede ahora es que este vapor de agua se mezcla con el aire de la atmósfera nada más desprenderse del estado líquido, dando lugar a lo que se conoce como aire mezclado.

Este aire mezclado es, básicamente, vapor de agua junto con los gases de la atmósfera (78% nitrógeno, 28% oxígeno y un 1% restante que incluye dióxido de carbono, hidrógeno, helio…). Pero, como este aire mezclado es más caliente (recordemos que las moléculas de agua están cargadas de energía cinética a causa de la radiación solar) que el aire que lo rodea, se eleva.

Esto es debido a que conforme aumente la temperatura de un gas, menor es su densidad. Por lo tanto, el aire más denso tiene tendencia a quedarse abajo y el menos denso (el mezclado) a subir hacia capas con una densidad similar a la suya, que están en zonas altas de la atmósfera.

Lo que pasa, es que, como bien sabemos, conforme más subamos en la atmósfera, más frío hace. Por lo tanto, este aire mezclado, que contiene el vapor de agua, cada vez está expuesto a temperaturas más frías. Y, como siempre, el frío provoca una reducción de la energía interna de las moléculas, por lo que a medida que suben, menos energía tienen las moléculas de agua.

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Llega un momento, pues, en el que su energía interna no es suficiente como para mantener el estado gaseoso y, por lo tanto, regresa al líquido. La altura a la que sucede esto depende de muchos factores, desde la temperatura atmosférica hasta la cantidad de moléculas de gas, los vientos, la radiación solar, etc. Sea como sea, dependiendo de cuándo suceda, la nube se formará en capas bajas (a partir de los 2 km) o en capas más altas (hasta los 12 km) de la atmósfera.

Cuando el vapor de agua se convierte de nuevo en gotas líquidas se produce lo que se conoce como condensación, que es el paso previo a la formación de la nube. Una vez estas partículas adquieren un tamaño suficiente (entre 0,004 y 0,1 milímetros), empiezan a chocar entre ellas, en un proceso que se conoce como coalescencia. Gracias a estos constantes impactos, las gotas permanecen unidas, lo que, desde la superficie terrestre, se aprecia como una enorme masa de algodón. Se ha formado una nube.

Pero, ¿cómo es posible que gotas líquidas de agua floten en el aire? Buena pregunta, porque, a priori, parece contradictorio. Pero no lo es. Y es que a pesar de que esté en estado líquido, la densidad de la nube es menor que la del aire que la rodea. De hecho, un mismo volumen de aire es 1.000 veces más pesado que el de una nube.

Por ello, a pesar de que una nube normal (de un kilómetro cúbico de volumen), pueda pesar 1.000 toneladas, el aire atmosférico que hay a su alrededor tiene una densidad mil veces mayor (el mismo volumen pesa mucho más), pues las gotas de agua de la nube están más separadas las unas de las otras que las moléculas de gas de la atmósfera.

Ahora bien, llega un momento en el que, si se sigue condensando agua o las condiciones climáticas de viento lo provocan, es posible que la densidad de la nube se iguale con la de la atmósfera. Cuando sucede esto, los gases atmosféricos no pueden sostener el peso de la nube, por lo que las gotas de agua, por simple efecto de la gravedad, se precipitan, provocando así lluvias.