Convección atmosférica para niños
La convección atmosférica es un proceso natural en nuestra atmósfera donde el calor y la humedad se mueven de forma vertical. Imagina que el aire más cálido y ligero sube, mientras que el aire más frío y pesado baja. Es como una burbuja de aire caliente que flota en el agua.
Este movimiento ocurre porque una "parcela" de aire (un pequeño volumen de aire) se calienta más que el aire que la rodea a la misma altura. Al calentarse, se vuelve menos densa y empieza a subir, un efecto que llamamos flotabilidad. Este aire que sube, junto con el aire que baja para reemplazarlo, mezcla la atmósfera. Esto ayuda a que los vientos aumenten, se formen cúmulos (un tipo de nube) y la humedad en la superficie disminuya.
La convección es muy importante para el clima. Influye en cómo se forman las nubes, cómo sopla el viento y cómo se desarrollan las tormentas eléctricas. Estas tormentas pueden traer fenómenos como el granizo, ráfagas de viento muy fuertes y tornados.
Contenido
¿Cómo funciona la convección atmosférica?
Para que haya convección, el aire de la atmósfera debe ser "inestable". Esto significa que el aire se enfría muy rápido a medida que sube. Si una burbuja de aire se calienta y empieza a subir, seguirá subiendo porque siempre estará más caliente que el aire a su alrededor.
El aire que sube por flotabilidad comienza en un punto llamado nivel de convección libre (LFC). Desde ahí, puede seguir subiendo con facilidad hasta que llega a un punto donde su temperatura se iguala con la del aire de alrededor. Sin embargo, si tiene mucha fuerza, puede seguir subiendo un poco más antes de detenerse. La energía que tiene el aire para subir se llama energía potencial convectiva disponible (CAPE).
Aun así, el aire que sube encuentra resistencia, como si algo lo frenara. También puede mezclarse con el aire de alrededor, lo que lo enfría y reduce su flotabilidad.
Cuando la convección se extiende desde cerca del suelo hasta muy alto en la atmósfera (unos 10 kilómetros o más), se le llama "convección profunda". Esto ocurre mucho en las zonas cercanas al ecuador, donde el aire es más cálido.
¿Cómo se inicia la convección?
Una columna térmica es una corriente de aire caliente que sube desde el suelo. Se forman porque el sol calienta la superficie de la Tierra de manera desigual. Por ejemplo, un campo oscuro se calienta más que un lago. El aire sobre la zona más caliente se expande, se vuelve más ligero y empieza a subir.
A medida que este aire caliente sube, se enfría porque la presión del aire es menor en las alturas. Deja de subir cuando se enfría y alcanza la misma temperatura que el aire que lo rodea. Alrededor de esta columna de aire que sube, hay aire más frío que baja para reemplazarlo. Esto también causa la brisa marina cerca de las costas.
¿Cómo se forman las tormentas eléctricas?
El aire caliente es menos denso que el aire frío, por eso el aire caliente sube. Las nubes se forman cuando el aire cálido y húmedo sube y se enfría. Al enfriarse, el vapor de agua que contiene se convierte en pequeñas gotas de agua o cristales de hielo, un proceso llamado condensación.
Cuando el vapor de agua se condensa, libera energía en forma de calor latente. Esta energía ayuda a que el aire siga subiendo y que la nube crezca. Si hay suficiente inestabilidad en la atmósfera, este proceso puede formar grandes nubes llamadas cumulonimbus, que son las que producen relámpagos y truenos.
Para que se forme una tormenta eléctrica, generalmente se necesitan tres cosas:
- Humedad en el aire.
- Una masa de aire inestable.
- Algo que empuje el aire hacia arriba (como el calor del sol).
Todas las tormentas eléctricas pasan por tres etapas:
- Etapa en desarrollo: La nube empieza a crecer.
- Etapa madura: La tormenta es más fuerte, con lluvia, relámpagos y truenos.
- Etapa de disipación: La tormenta empieza a debilitarse y desaparecer.
Una tormenta promedio mide unos 24 kilómetros de ancho y cada etapa dura unos 30 minutos.
Existen cuatro tipos principales de tormentas eléctricas:
- Unicelda: Una sola tormenta.
- Multicelda: Varias tormentas juntas.
- Línea de turbonada: Una línea larga de tormentas.
- Supercelda: La más potente, puede producir granizo muy grande, vientos fuertes y tornados.
El calor liberado por la condensación es clave para que se formen tormentas importantes. Por eso, en invierno, cuando el aire es más frío y tiene menos vapor de agua, las tormentas eléctricas son menos comunes.
¿Qué son las fronteras y el forzamiento?
A veces, aunque el aire tenga la energía para subir y formar tormentas, algo lo detiene. Esto se llama "inhibición convectiva". Para que la convección ocurra, esta inhibición debe ser superada. Esto puede pasar por el calentamiento del suelo o por "forzamiento", que es cuando algo empuja el aire hacia arriba.
El forzamiento puede ser causado por:
- Un frente frío (donde el aire frío empuja al aire cálido hacia arriba).
- Una brisa marina o de lago.
- Un frente de ráfaga (aire frío que sale de una tormenta).
- Sistemas de baja presión o vaguadas en la atmósfera.
- Las corrientes en chorro (vientos muy fuertes en la parte alta de la atmósfera) también pueden crear corrientes de aire que suben.
Fenómenos asociados a la convección profunda
La flotabilidad del aire es fundamental para que las tormentas crezcan y produzcan fenómenos peligrosos. Otros factores, como la rotación del aire que sube o los vientos fuertes en la parte alta de la atmósfera, también pueden hacer que las corrientes ascendentes sean más intensas.
Granizo
El granizo se forma en las nubes cumulonimbus a partir de gotas de agua. Cuando estas gotas suben a zonas muy frías de la nube, se congelan. Si cortas una piedra de granizo grande, verás capas como las de una cebolla. Esto se debe a que el granizo sube y baja dentro de la tormenta, pasando por zonas con diferente humedad y gotas de agua superenfriadas (agua que está por debajo de 0°C pero aún no se ha congelado).
La corriente ascendente de la tormenta, que puede tener vientos de hasta 180 km/h, empuja el granizo hacia arriba. A medida que sube, el granizo choca con gotas de agua y cristales de hielo, creciendo en tamaño. Si el granizo pasa por una zona con muchas gotas de agua, forma una capa transparente. Si pasa por una zona con mucho vapor de agua, forma una capa de hielo blanco y opaco.
El granizo sigue subiendo hasta que es demasiado pesado para que la corriente ascendente lo sostenga. Esto puede tardar unos 30 minutos. Luego, cae al suelo, derritiéndose un poco al pasar por aire más cálido cerca de la superficie.
Ráfaga descendente
Una ráfaga descendente es una columna de aire que baja muy rápido desde una tormenta. Cuando llega al suelo, se extiende en todas direcciones, creando vientos muy fuertes, de más de 240 km/h. Estos vientos pueden causar daños parecidos a los de un tornado, pero son diferentes. El daño de una ráfaga descendente se extiende desde un punto central, mientras que el daño de un tornado es circular.
Las ráfagas descendentes son corrientes de aire descendentes muy intensas. Si no llevan lluvia o solo llevan virga (lluvia que se evapora antes de llegar al suelo), se llaman ráfagas descendentes secas. Si van acompañadas de lluvia, se llaman ráfagas descendentes húmedas. La mayoría son pequeñas, de menos de 4 kilómetros de extensión, y se llaman microrráfagas. Las más grandes, de más de 4 kilómetros, se llaman macrorráfagas.
Tornados
Un tornado es una columna de aire que gira muy rápido y que toca tanto el suelo como la base de una nube de tormenta (una nube cumulonimbus). Los tornados tienen diferentes tamaños, pero suelen verse como un embudo visible que llega hasta el suelo, rodeado de polvo y escombros.
Los vientos de un tornado suelen estar entre 64 km/h y 180 km/h. Miden unos 75 metros de ancho y recorren varios kilómetros antes de desaparecer. Algunos tornados muy fuertes pueden tener vientos de más de 480 km/h, medir más de 1.6 kilómetros de ancho y recorrer más de 100 kilómetros.
Aunque son muy destructivos, los tornados suelen durar poco tiempo. La mayoría no duran más de una hora, pero algunos han durado dos horas o más. Debido a su corta duración, es difícil estudiarlos y entender completamente cómo se forman.
¿Cómo se mide la convección?
Para saber si hay potencial de convección en la atmósfera, los científicos usan un gráfico que muestra cómo cambian la temperatura y la humedad con la altura. Esto se hace enviando un globo meteorológico con instrumentos a la atmósfera para tomar medidas.
Los modelos de pronóstico del tiempo también pueden crear estos gráficos, pero son menos precisos que las mediciones directas. Sin embargo, los modelos pueden generar gráficos cada pocas horas, mientras que los globos solo se lanzan dos veces al día, a menos que se espere un evento de tormentas.
Otras implicaciones de la convección
La convección atmosférica también puede causar otros efectos en el clima:
- Puede mezclar el aire cerca del suelo, haciendo que el aire más seco suba y disminuya la humedad en la superficie.
- Puede formar nubes que bloquean un poco la luz del sol.
- Puede aumentar los vientos cerca del suelo.
- Puede ayudar a que las "líneas secas" (fronteras entre aire seco y húmedo) se muevan hacia el este durante el día.
- A gran escala, el aire que sube puede causar temperaturas más bajas en la superficie, como ocurre en algunas zonas desérticas.
Galería de imágenes
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Condiciones favorables para los tipos y complejos de tormentas eléctricas
Véase también
En inglés: Atmospheric convection Facts for Kids
- Parcela de aire
- Subsidencia atmosférica
- Termodinámica atmosférica
- Flotabilidad
- Térmica
Referencias
