Saturación
¡Estás a punto de emprender una aventura vertiginosa siguiendo una molécula de agua! Ahora, todas las moléculas de agua tienen el mismo aspecto, por lo que necesitaremos realizar un seguimiento de su molécula de agua, así que llamémoslo Molécula de Agua Wally, o simplemente Wally para abreviar. Probablemente sea difícil de creer, pero Wally se convertirá en muchas cosas, ¡desde agua en un lago hasta un cristal de hielo en la atmósfera!
Antes de salir, aclaremos algunas cosas sobre el agua. Probablemente ya sepa que el agua puede existir como sólido (hielo), líquido y como gas (vapor de agua), pero ¿sabía que las tres formas pueden existir en la atmósfera? Sé que es extraño pensar en hielo en la atmósfera, pero puede suceder, como verá en breve.
Comencemos nuestro recorrido en el lago donde Wally y sus amigos están todos líquidos. No nos llevará mucho tiempo observar algo de evaporación o el cambio de un líquido a un gas. Y así, parte del agua de nuestro lago es vapor de agua, un gas. Notarás que Wally está felizmente rebotando en la atmósfera ahora (mira el video a las 01:03 para ver la ilustración).
También puede notar que algunos de los amigos de Wally experimentan condensación o el cambio de un gas a un líquido. Puede ver la condensación como rocío en las hojas de las plantas o incluso como gotas de agua en el exterior de una taza fría en un día caluroso.
La condensación y la evaporación ocurren todo el tiempo, pero en algún momento, el aire se satura , lo que significa que la tasa de evaporación es la misma que la tasa de condensación. En otras palabras, el aire no puede contener más vapor de agua a esa temperatura y presión, por lo que si alguna molécula de agua líquida se convierte en vapor de agua, la misma cantidad de vapor de agua debe condensarse y volver a ser líquido. A medida que el aire se acerca a saturarse, se siente cada vez más húmedo.
Causas de la saturación
Entonces, ¿qué causa que el aire se sature? Buena pregunta. En realidad, hay algunas formas en las que el aire puede saturarse, así que tomemos un momento para investigar cada una.
1. El aire se satura debido a la evaporación.
Por supuesto, esto tiene sentido porque para que el vapor de agua ingrese a la atmósfera, es necesario que ocurra la evaporación. La evaporación se ve afectada por la temperatura, por lo que si hace calor, las moléculas se mueven más rápido y es más probable que se conviertan en gas.
2. El aire también puede saturarse si se enfría.
El aire más frío puede contener menos vapor de agua, por lo que si enfría un poco de aire caliente que no está saturado, eventualmente se saturará. Ahora, técnicamente, esto es un poco más complicado, y no es el aire lo que «retiene» el vapor de agua, pero se puede encontrar más vapor de agua en el aire más cálido que en el aire más frío, que es la moraleja.
El aire puede enfriarse por varias razones. Por ejemplo, después de que se pone el sol, el suelo se enfría, lo que enfría el aire cerca de la superficie de la tierra, provocando que alcance la saturación. O, a medida que una porción de aire se eleva, se enfriará y expandirá a medida que ascienda en la atmósfera, alcanzando así su punto de saturación.
3. La mezcla de dos masas de aire insaturadas puede crear una parcela de aire saturado.
En este caso, las dos masas de aire no están saturadas, pero cuando se mezclan, se saturan. Por ejemplo, digamos que tiene aire frío sobre una masa de agua tibia. A medida que el agua se evapora, agrega más vapor de agua al aire frío, lo que hace que se sature. Antes de esta mezcla, el aire frío no estaba saturado ni el aire con el vapor de agua del lago. Pero después de mezclar, el aire frío ganó suficiente vapor de agua para alcanzar la saturación.
Núcleos de condensación y núcleos de hielo
Hablemos un poco más sobre la condensación. Para que nuestro vapor de agua se condense, deben ocurrir un par de cosas.
- El aire debe enfriarse hasta su punto de saturación donde el aire no puede contener más moléculas de vapor de agua.
- Tiene que haber algo sobre lo que se pueda condensar el vapor de agua. Por ejemplo, mencionamos el rocío y el agua que se forman en la taza de antes. Tanto las plantas como la taza son las cosas en las que se condensa el agua.
Pero, ¿qué sucede cuando ocurre condensación en la atmósfera donde no hay plantas ni tazas? Volvamos a comprobar con Wally, que todavía está felizmente rebotando en la atmósfera.
A veces, Wally y sus amigos pueden toparse con núcleos en la atmósfera. Los núcleos son partículas diminutas, como sal, polen, bacterias, cenizas o polvo, que dan al vapor de agua una superficie sobre la que condensarse. Los núcleos actúan como la planta o la taza en el suelo. Hay diferentes tipos de núcleos, dependiendo del tipo de partículas que se formen.
Por ejemplo, hay núcleos de condensación y núcleos de hielo . Los núcleos de condensación son partículas diminutas en las que el vapor de agua puede condensarse para formar agua líquida, mientras que los núcleos de hielo son partículas diminutas en las que el vapor de agua o el agua líquida pueden congelar para formar cristales de hielo. Tanto los núcleos de condensación como los núcleos de hielo ayudan a que ocurra la nucleación , o el cambio de un estado a otro debido a los núcleos.
Entonces, ¿qué sucede cuando el vapor de agua en la atmósfera se condensa o se congela? Bueno, Wally podría convertirse en el material de partida de una nube o niebla helada. ¡Incluso podría convertirse en lluvia, nieve o granizo!
Tipos de nucleación de hielo
La nucleación del hielo, o el cambio de vapor de agua o agua a hielo, puede ocurrir a través de varios métodos diferentes. Entonces, sigamos a Wally a través de cada uno.
- La nucleación por deposición ocurre cuando el vapor de agua pasa directamente de un gas a un sólido cuando entra en contacto con núcleos de hielo. En este caso, Wally y sus amigos están en un aire sobresaturado. Esto significa que el aire está realmente más allá de la saturación, pero aún no han comenzado a condensarse moléculas de vapor de agua. Cuando Wally choca contra un núcleo de hielo, se congela inmediatamente.
- La nucleación por congelación ocurre cuando una gota de agua líquida se enfría y se congela. El agua súper enfriada es cuando el agua se enfría por debajo de su punto de congelación, pero permanece líquida. Aunque no parece posible, puede suceder con pequeñas cantidades de agua. Entonces, aquí, Wally es un líquido realmente frío, pero luego se convierte en un cristal de hielo. Hay dos tipos de nucleación por congelación: inmersión y contacto.
- La nucleación por inmersión ocurre cuando los núcleos de hielo están dentro de una gota de agua líquida súper enfriada, lo que provoca la nucleación de otras moléculas de agua. Aquí, Wally tiene un núcleo dentro de él y otras moléculas de agua pueden nuclearse encima de él.
- La nucleación por contacto ocurre cuando los núcleos de hielo chocan con gotas de agua súper enfriadas, lo que provoca la nucleación del hielo. En este caso, Wally súper enfriado choca contra un núcleo de hielo y se convierte en hielo.
Resumen de la lección
Entonces, hemos seguido a Wally desde un lago hasta la atmósfera donde las posibilidades son infinitas. ¿Se convertirá en parte de una nube? ¿O formar un cristal de hielo? Tomemos un momento para revisar algunas de las paradas en el viaje de Wally.
- El agua puede evaporarse y condensarse , cambiando de un gas a un líquido y de un líquido a un gas.
- Cuando la atmósfera se satura , no puede contener más moléculas de vapor de agua, por lo que por cada agua que se evapora, una debe condensarse.
- El aire puede saturarse debido a la evaporación, la mezcla de dos masas de aire insaturadas o al enfriar el aire.
- El vapor de agua en la atmósfera se condensa cuando se satura y choca con los núcleos de condensación.
- Los núcleos son partículas. El vapor de agua y el agua líquida pueden condensarse en estos núcleos.
- Hay condensación y núcleos de hielo , dependiendo del producto que se forme.
- El vapor de agua y el agua pueden convertirse en hielo en la atmósfera de varias formas diferentes, incluida la deposición y la nucleación por congelación (que incluye la inmersión y la nucleación por contacto).
Bueno, eso lo cubre, y escuché que Wally está a punto de convertirse en un copo de nieve, así que será mejor que lo deje ir. Sin embargo, no estés triste, ¡tal vez veas a Wally la próxima vez que nieva!
Los resultados del aprendizaje
Después de esta lección, debería poder:
- Definir evaporación, condensación y saturación.
- Describe las formas en que la atmósfera puede saturarse.
- Recuerde qué son la condensación y los núcleos de hielo
- Explica cómo se puede condensar el vapor de agua y enumera los cuatro tipos de nucleación del hielo.
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