¿Por qué las nubes se precipitan en lugar de caer del cielo?

Después de pasar algún tiempo observando las nubes, se me ocurrió lo interesante que es que las nubes tengan más estructura que simplemente capas homogéneas y realmente húmedas en el cielo. Veo que una pregunta similar a la que se ha abordado anteriormente en el sitio y, presumiblemente, la naturaleza fractal del límite de una nube se debe a algún sistema dinámico relacionado (y quizás hasta cierto punto está influenciado por la estructura molecular de agua).

Sin embargo, lo que tengo curiosidad es una pregunta relacionada sobre cómo las nubes no son homogéneas. Según tengo entendido, la precipitación ocurre cuando el aire está sobresaturado con agua, de modo que el agua se condensa y cae. Sin embargo, esta comprensión parecería sugerir que deberíamos observar que la precipitación es más como "La nube golpea un punto frío, todo el vapor se condensa y la nube cae del cielo y salpica el suelo" que lo que realmente observamos: en particular, no parece explicar por qué la precipitación debe caer en forma de gotas de lluvia o por qué una sola tormenta debe poder continuar precipitando durante un período de tiempo prolongado, en lugar de condensarse todo en un período breve. ¿Qué factores hacen que la precipitación actúe de esta manera? ¿Cómo puedo pensar en los procesos involucrados de una mejor manera para abordar esto?

Por un lado, las nubes no consisten en una fase homogénea de vapor de agua (si lo hicieran, serían ópticamente casi transparentes). Las nubes se componen de gotitas y la energía superficial de las gotitas es un término de energía termodinámica significativo, lo que hace que el crecimiento de las gotitas sea un fenómeno termodinámico complejo. Además, las gotas pueden estar casi en equilibrio termodinámico con el aire circundante, pero no es necesario que lo estén; es por eso que la siembra de nubes puede producir lluvia en un cielo aparentemente azul. Si desea consultar un libro de texto teórico sobre meteorología, o dos, ¡este es un tema no trivial!
Estoy bastante seguro de que puedes encontrar muchos documentales sobre las nubes y la lluvia. También puede leer las entradas de wikipedia para nubes y lluvia .
El tamaño de las gotas de agua en las nubes es lo suficientemente pequeño como para que la tasa de caída sea insignificante. ¿Está realmente preguntando qué hace que estas gotas de agua se unan y luego caigan como gotas de lluvia?
También tenga en cuenta que si la nube puede condensarse así después de ingresar a dicha región, comenzaría a condensarse gradualmente cuando se acerque a esa región. Entonces, en la práctica, podría esperar este fenómeno cuando hay una transición brusca de una región a otra y se evita que la nube ingrese a la región fría y se le permite crecer mucho antes de que pueda ingresar. La región fría se ubicará entonces en altitudes elevadas y se necesita una tapa que de repente ceda. Tales fenómenos existen, pueden causar tormentas eléctricas extremadamente severas.

Respuestas (1)

El calor latente retarda la condensación

En una escala micro, cuando una molécula de agua se condensa del aire al unirse a una gota de agua, transfiere su energía cinética superior a la gota calentándola. En una escala macro, si toda el agua intentara condensarse del aire a la vez, la temperatura de la nube aumentaría hasta el punto en que gran parte del agua querría evaporarse nuevamente. Así, el proceso de condensación está controlado por el proceso de enfriamiento.

El aire frena el descenso de la nube

Una vez que hay todas estas pequeñas gotas de agua, todavía vuelan en el aire porque su peso es pequeño en comparación con el arrastre del aire sobre ellas, por lo que simplemente se mueven con el viento. En una bonita nube esponjosa, estas pequeñas gotas son tan pocas y distantes entre sí que rara vez chocan con otra gota y se combinan, por lo que todas se mantienen pequeñas.

En una nube de lluvia, la condensación ha creado tantas de estas pequeñas gotas que comienzan a chocar entre sí de vez en cuando. Sin embargo, a medida que se combinan entre sí, hay menos con los que colisionar, por lo que hasta que se formen más gotas a través de la condensación, aún no chocan con mucha frecuencia. Cuando, finalmente, colisionan suficientes gotitas de modo que su peso es suficiente para empujarlas hacia abajo, cae de la nube y no puede colisionar con más gotitas, y una vez más la nube tiene menos gotitas con las que combinarse.

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