Nubes de hielo para comprender inundaciones y sequías

Gran parte de la precipitación en el planeta —en especial la que cae sobre los continentes—, proviene de nubes que están compuestas completamente por hielo, o bien por una mezcla de agua en fase sólida y fase líquida.

Estas nubes, denominadas nubes frías, influyen significativamente en el ciclo del agua, por lo que su análisis permite comprender procesos climáticos, como sequías e inundaciones, que afectan a las poblaciones humanas.

Para estudiar la microfísica de nubes, principalmente de las nubes frías, el doctor Luis Antonio Ladino Moreno se incorpora como investigador en el Centro de Ciencias de la Atmósfera de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

Luis Ladino se propone entender los patrones de precipitación en lugares remotos del territorio mexicano y en ciudades altamente densas de Latinoamérica. Esta nueva línea de investigación tendrá como propósito desarrollar instrumentos —que aún no se tienen en México— para el estudio de las nubes de hielo, iniciando con el diseño de cámaras de nube que simulen las condiciones termodinámicas de la atmósfera para poder comprender distintos fenómenos que allí suceden.

“Últimamente hemos observado ciertas fluctuaciones en el patrón de precipitación. Por ejemplo, más lluvia que causa inundaciones, o una disminución, que causa sequías. He aquí la importancia de entender el porqué de estos cambios en el ciclo del agua”, detalla el investigador.

Nubes de hielo

Para que pueda darse la formación de cristales de hielo en las nubes, deben presentarse temperaturas por debajo de los cero grados Celsius. Si la temperatura del aire en la nube es lo suficientemente baja (menor a -38 grados Celsius), las gotas de agua pasarán al estado sólido espontáneamente, es decir, sin necesidad de otro factor.

“Muchas personas pensarán que este fenómeno se da solo en lugares donde hace mucho frío, pero esa no es la realidad. Lo que sucede es que mientras más subimos en la atmósfera, más frío hace, la temperatura en la tropósfera disminuye conforme aumenta la altura”, puntualiza Luis Ladino.

Por lo tanto, las nubes de hielo pueden formarse en cualquier región, incluyendo los trópicos.

El factor condicionante, para que en una nube se dé la congelación espontánea de las gotitas de agua, es la altura, la cual debe superar aproximadamente los 10 kilómetros. Pero, además de las bajas temperaturas, existe otro factor determinante que permite la formación de cristales de hielo: la presencia de partículas de aerosol.

Estas partículas actúan como un catalizador en la formación de hielo, ya que actúan como núcleos de glaciación, permitiendo a las gotas comenzar su cristalización y transformarse en hielo, aun cuando la temperatura se mantenga por encima de la necesaria para la congelación espontánea y la altura sea de entre cuatro y ocho kilómetros. De allí la necesidad de estudiar las partículas de aerosol y entender su papel en la formación tanto de nubes en fase mixta como de las compuestas completamente por cristales de hielo.

Llegar a conocer el proceso de formación de los cristales en las nubes frías es una tarea compleja. Pues, tomando en cuenta que no existen dos cristales de hielo idénticos: ¿cómo llegar a la conclusión de que su formación se dio por una u otra trayectoria?, explica el investigador, y añade que se conoce muy poco acerca de los mecanismos de formación de este tipo de nubes.

¿Cómo estudiar las nubes de hielo?

Existen diferentes métodos mediante los cuales la ciencia estudia las nubes de hielo. Uno de los más comunes es el diseño de cámaras de nubes. Estas cámaras permiten reproducir las condiciones termodinámicas de la atmósfera, ajustando temperatura, humedad relativa, etcétera.

Una de las grandes ventajas es que permiten controlar y elegir las variables de estudio, sabemos lo que hay dentro y podemos estudiar lo que sale, comenta Luis Ladino. Pero también señala que esta no puede ser la única estrategia de estudio, pues es una simplificación de las complejas interacciones que ocurren en la atmósfera.

Una forma de enriquecer los conocimientos obtenidos mediante las cámaras de nubes es realizar mediciones directas en el sitio de interés. Para ello, los investigadores realizan trabajo de campo, que puede ser en la superficie terrestre o en las nubes mismas (in situ), mediante el uso de aviones.

“El problema con las mediciones in situ es que el costo de estos análisis es altísimo. Se debe conseguir el avión, la instrumentación, así como el equipo técnico y científico que vaya a realizar y apoyar las mediciones. Esto debe montarse y mantenerse durante varias semanas de trabajo”, detalla Luis Ladino.

Estos aviones tienen montados, en el exterior, potentes detectores que permiten fotografiar y muestrear partícula por partícula, gotas y cristales de hielo, y así estudiar su tamaño, morfología y proporción. Una vez que se tienen estos datos, se buscan tendencias, se agrupan cristales de hielo por características comunes y se proponen modelos de cómo se formó la nube.

Otra estrategia para estudiar este tipo de nubes es el uso de sensores remotos, como satélites y radares. Por último, está el empleo de modelos climáticos que, mediante los sistemas computacionales y el modelaje matemático, realizan predicciones atmosféricas.

La importancia de las nubes de hielo

“Las nubes en la atmósfera funcionan como una especie de espejo, que refleja parte de la radiación solar que debería llegar a la superficie terrestre y la regresa al espacio. Es decir, tienen un efecto neto de enfriamiento de la temperatura global”, comenta.

Esto tiene gran relevancia, pues influye en el balance radiactivo del planeta, que se refiere a cuánta radiación llega a la Tierra y cuánta sale. Estos cálculos tienen un impacto real en las predicciones climatológicas que realizan los expertos en torno al calentamiento global.

Por otro lado, estudiar el comportamiento de las nubes de hielo permite conocer con más precisión el ciclo del agua en cada región, lo cual es esencial no solo para el sostenimiento de los ecosistemas, sino para la planeación urbana y el desarrollo de actividades económicas que deben considerar eventos climáticos como inundaciones o sequías.

Como parte del Grupo de Interacción Micro y Mesoescala, Luis Ladino espera aportar al conocimiento de los patrones de precipitación específicos del país. Para ello adaptará sus investigaciones en el tema y el conocimiento de casi 10 años de trabajo en Suiza y Canadá, a la realidad de infraestructura y presupuesto de México.

El investigador se encuentra diseñando dos cámaras de nube, una que permita analizar la morfología de los cristales y otra para analizar el proceso de nucleación y transformación de las gotitas de agua en cristales de hielo. Esta última permitirá analizar una a una las gotas en su proceso de cristalización.

“Esta es una línea de investigación que comienza a desarrollarse. Iremos paso a paso, lo primero es construir cámaras de nubes, que nos permitirán desarrollar estudios en el laboratorio, para después realizar investigación de campo”, concluye Luis Ladino.

Fuente: CONACYT.