Divulgación y enseñanza de la ciencia

Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)

PP-EN-141 ¿Cómo se forman las nubes?

Asesor:

Resumen

Casi todos los días podemos observar las nubes; sabemos que son parte fundamental del ciclo del agua y que son esenciales en la vida de la Tierra, pues permiten las precipitaciones y ayudan a regular la temperatura del planeta, además, la identificación del tipo de nube y su interpretación, permite predecir a corto plazo las condiciones del clima; sin embargo, ¿sabemos realmente de qué están formadas y cuál es el proceso para su formación?  Este proyecto busca explicarle a los niños, de una forma sencilla, el proceso de formación de las nubes a partir de la condensación y cuatro procesos que implican el enfriamiento del aire: el de convección, el orográfico, el ciclónico y el frontal.

https://drive.google.com/file/d/1Lkc1CJ7z1PMCz6ADHf6Q2LZbiNxX7nXi/view?usp=sharing  (enlace canva)

https://youtu.be/T7gnPnNRN80   (enlace youtube)

Pregunta de Investigación

¿Cómo se forman las nubes?

Planteamiento del Problema

El proceso de formación de las nubes está presente en nuestra vida cotidiana, sin embargo, no en todas la explicaciones podemos encontrar un experimento que nos ayude a comprender de forma práctica este evento científico.

Antecedentes

Más allá de adornar las fotos de paisajes con sus llamativas formas, o de asociarlas a las tormentas y borrascas, las nubes son vitales para la vida en nuestro planeta.

Una nube está compuesta por gotitas de agua o minúsculos cristales de hielo suspendidos en el aire.

Antes de empezar con el proceso de formación de nubes, entendamos que la condensación es la transformación del vapor de agua a agua líquida. El resultado de este proceso puede ser la formación de rocío, niebla o nubes. Aunque cada uno de estos procesos de condensación son diferentes, todos tienen dos propiedades en común:

  1. Para que se produzca la condensación del vapor de agua, el aire debe estar saturado de humedad. La saturación se puede lograr por dos mecanismos diferentes: cuando el aire se enfría hasta alcanzar la temperatura del punto de rocío o cuando al aire se le agrega suficiente vapor de agua. Estos dos procesos pueden producirse en forma independiente o simultánea.
  2. Para que se produzca la condensación del vapor de agua, debe existir una superficie sobre la cual el vapor pueda condensarse. Cuando la condensación se produce sobre la superficie de los objetos en el suelo como pasto, cemento, metal, etc., se forma el rocío en esas superficies. Para que la condensación se produzca en el aire, deben haber partículas microscópicas en suspensión, que son las superficies sobre las cuales el vapor de agua puede posarse para condensar. Estas partículas microscópicas existen y se llaman núcleos de condensación.

Para que las nubes se formen se necesitan tres ingredientes: vapor de agua en la atmósfera, partículas que permitan su condensación y bajas temperaturas. La atmósfera está constituida por una variedad de gases entre los cuales se encuentra el vapor de agua procedente de la evaporación de las aguas (continentales y océanos), de la transpiración de las plantas y de la sublimación de los glaciares. Pero este vapor en suspensión no puede formar una nube por sí solo. Para que el vapor de agua se pueda agrupar necesita de un “Núcleo de Condensación” o “Aerosol”, lo que, y explicado en términos sencillos, corresponde a una partícula de características higroscópicas (de gran afinidad por el agua), que permita la agrupación de las moléculas de vapor de agua y su posterior condensación. Estos potenciales núcleos se encuentran en abundancia en la atmósfera, entre los que se pueden contar el polvo, el polen, las partículas de sal provenientes del oleaje del mar y del rompimiento de las olas, y las cenizas provenientes de las erupciones volcánicas o incendios, entre otros. Una vez que estos dos ingredientes se encuentran falta un paso más para llegar a convertirse en nube. El vapor de agua y los núcleos de condensación deben encontrar temperaturas más bajas para alcanzar el punto de rocío que es la temperatura en la que las moléculas de vapor de agua se convertirán en gotas de agua líquida.

Todos los procesos de formación de nubes implican un enfriamiento del aire. El aire caliente puede contener mayores cantidades de vapor de agua que el aire fresco. Cuando el aire se refresca ya no puede sostener todo el vapor de agua que podía sostener cuando estaba caliente.  Eventualmente, bastante vapor de agua se condensará alrededor de los núcleos de condensación y formarán una nube. Las gotitas de agua en la nube caerán a la Tierra en forma de lluvia o nieve (y otras formas de precipitación).

 

Los cuatro procesos básicos que forman las nubes son:

  • Convección. Calentamiento de la superficie
  • Asociado a la Orografía
  • Ciclónico
  • Frontal

 

El Proceso de Convección.

 

La convección es la transferencia de calor existente entre la superficie y el aire. Es decir, algunas nubes se forman debido al calentamiento de la superficie de la Tierra. Primero, el Sol calienta la tierra, que luego calienta el aire. Este aire caliente es más ligero y menos denso que el aire circundante, de manera que comienza a subir. Cuando este aire sube, se expande a medida que encuentra presiones más bajas que existen a niveles más altos de la atmósfera. Cuando el aire se expande a causa de una baja de presión, también se enfría.

El aire frío que está subiendo ya no puede sostener todo el vapor de agua que podía cuando era caliente. Este vapor de agua adicional comienza a condensarse en forma de gotitas de agua líquida. A medida que la burbuja de aire sube más y más, esta continúa expandiéndose y enfriándose, y más humedad se condensa fuera de ella.

 

Eventualmente, el aire sube tanto en la atmósfera que está a la misma temperatura que el aire circundante. Esto se llama temperatura de equilibrio. Cuando llega a la temperatura de equilibrio, la burbuja de aire deja de subir y ya se ha condensado bastante humedad y entonces se forma una nube.

 

Proceso Asociado a la Orografía.

Proceso orográfico

El proceso de formación de nubes se asocia a causas orográficas cuando el desplazamiento de un flujo de viento se ve obligado a sobrepasar una barrera natural (sierra o montaña o cordillera), lo que origina que el aire suba y se enfríe. El aire más frío ya no puede sostener todo el vapor de agua que podía sostenerse cuando estaba caliente. Este vapor de agua adicional comienza a condensarse en forma de gotitas de agua líquida y se forma una nube.

Otra manera como las montañas originan la formación de nubes es cuando el aire sube porque la montaña está más caliente que el aire circundante, lo que hace que el aire se eleve. Una vez que el aire asciende, continúa el mismo proceso en la formación de nubes que acabamos de describir.

 

Proceso Ciclónico.

Proceso ciclónico

Algunas nubes se forman cuando el aire en la superficie de la Tierra es forzado a subir. Hay tres procesos que llevan al aire a converger y lo obligan a ascender.

 

  1. En un sistema de baja presión el viento se mueve hacia el centro desde todas direcciones porque el aire se mueve de alta a baja presión. Cuando este aire llega al centro, el aire no tiene a dónde ir sino hacia arriba.
  2. Otra forma como el viento converge y sube, es cuando el aire se fuerza a levantarse sobre tierra. Si el viento se está moviendo sobre tierra y el cuerpo de tierra se hace más grande, entonces el aire se levantará y se formarán las nubes.
  3. Los frentes de estados del tiempo producen nubes, haciendo que el aire se levante cuando las masas de aire calientes se encuentran con las masas de aire frío.

 

Proceso Frontal.

Proceso frontal

Cuando entran en contacto dos masas de aire de diferente humedad y temperatura se produce un ascenso de la masa menos densa, que al llegar al nivel de condensación producirá nubosidad.

Los frentes ocurren cuando dos masas grandes de aire chocan sobre la superficie de la Tierra.

Los frentes cálidos producen nubes cuando el aire caliente substituye al aire frío deslizándose sobre él.

 

Los frentes fríos ocurren cuando el pesado aire frío desplaza un aire caliente más ligero, y lo empuja hacia arriba.

Objetivo

Explicar de una forma clara y práctica cómo están formadas las nubes.

Justificación

Aunque hoy en día conocemos cómo están formadas las nubes, la diversión no está peleada con la Ciencia y facilita la comprensión de fenómenos presentes en nuestra vida cotidiana, cuyos conceptos no siempre son fáciles de entender.

Hipótesis

Si se logra explicar de una forma clara e interesante cómo se forman las nubes, entonces se habrá contribuido al mejor entendimiento de la Ciencia.

Método (materiales y procedimiento)

Experimento 1.

Material:

  • Frasco de cristal con tapa de aluminio.
  • Agua muy caliente
  • Hielo
  • Desodorante en o aromatizante en spray
  • Ayuda de un adulto.

Material experimento 1

 

Método:

  1. En el frasco de cristal, con la ayuda de un adulto, vertir un poco de agua muy caliente.
  2. Colocar invertida la tapa de aluminio sobre el frasco y llenar con hielos.  Poner hielos en la tapa invertida
  3. Esperar unos minutos.
  4. Observar. Observar proceso de condensación.
  5. Comentar los resultados.
  6. Poner un poco de desodorante o aromatizante en spray en el frasco. Agregar desodorante al frasco.
  7. Observar. Nube por convección.
  8. Comentar los resultados.

 

Experimento 2.

Material:

  • Botella transparente.
  • Corcho
  • Bomba de aire.
  • Agua
  • Desodorante o aromatizante en spray.

Materiales experimento 2.

Método:

  1. Hacer un orificio en el corcho.
  2. Colocar un poco de agua en la botella.  Agregar agua a la botella
  3. Cerrar con el corcho (si no cierra bien, puedes colocar un poco de cinta adhesiva alrededor del corcho hasta que ajuste perfectamente).
  4. Inyectar aire a la botella con la bomba a través del corcho. Inyectar aire (1)
  5. Sacar el corcho de la botella.  Nube ciclónica
  6. Observar.
  7. Comentar los resultados.
  8. Colocar un poco de desodorante o aromatizante en spray.  Agregar desodorante.
  9. Cerrar con el corcho.
  10.  Inyectar aire a la botella con la bomba a través del corcho. Inyectar aire (2)
  11. Sacar el corcho de la botella.  Nube con núcleo.
  12. Observar.
  13. Comentar los resultados.

 

Galería Método

Resultados

Fue posible recrear el proceso de condensación durante la fase uno del primer experimento y durante la segunda fase se logró “formar” una nube por convección.

 

Fue posible recrear el proceso ciclónico de formación de una nube durante el experimento dos.

 

Galería Resultados

Discusión

La nube dentro de nuestra botella, así como las nubes en la atmósfera, se forman cuando están presentes tres requisitos: saturación de vapor de agua, aire frío y un núcleo de condensación. El agua que forma a las nubes se encuentra alrededor de nosotros en la forma de agua que normalmente llamamos vapor o vapor de agua.

Cuando el aire se enfría, el vapor de agua se condensa para formar gotas de agua, debido a que el aire más frío sostiene menos vapor de agua que el aire caliente. Cuando asciende una masa de aire, se expande; el aire frío sostiene menos agua, así que cuando el aire sube, como se enfría, el vapor de agua se condensa y formará gotitas. Durante el verano, cuando el vidrio de un vaso de agua fría se encuentra con aire caliente y húmedo, se forman gotitas de agua en la parte externa del vidrio.

Los núcleos de condensación en la atmósfera proporcionan las superficies sobre las cuales se puede condensar el vapor de agua. Los núcleos de condensación de la atmósfera incluyen polvo, ceniza volcánica, y contaminación. Con estos núcleos, el vapor de agua en el aire puede condensarse para formar una nube hecha de miles de millones de minúsculas gotitas de agua.

Conclusiones

Entonces, en términos sencillos, se puede decir que una nube es una masa de gotas de agua, cristales de hielo o ambas a la vez, que se mantiene en suspensión en la atmósfera, y cuya formación se debe a la condensación del vapor de agua en el cielo.

El aire cálido puede contener más vapor de agua que el frío. Cuando la humedad o concentración de vapor de agua es el máximo permitido, decimos que la atmósfera está saturada y no admite más vapor en ella. A partir de entonces, cualquier cantidad adicional de vapor de agua forma gotitas o cristalitos de hielo, ya que el aire no puede contener más vapor. Los núcleos de condensación y sublimación son capaces de favorecer la condensación del vapor de agua y generar minúsculas gotitas y cristalitos de hielo.

Bibliografía

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Inzunza Bustos, Juan. (2019). Nubes y Precipitación. En Meteorología descriptiva, (150-190). Chile: Universitaria. ISBN: 978-956-11-2638-1

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología. (2004). Observación e identificación de nubes por Francisco Martín León y José Antonio Quirantes. En Meteorología y Climatología; Unidad Didáctica; Semana de la Ciencia y la Tecnología 2004, (91-141). España: FECYT. ISBN: 84-688-8535-5

https://www.windows2universe.org

https://geoscena.wordpress.com

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www.pasionporvolar.com

https://geografia2bachillerato.wordpress.com

https://www.lacumbreonline.cl

https://www.ecologiaverde.com

https://rimasdecolores.blogspot.com

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography