Los cirros ( símbolo de clasificación de nubes : Ci ) son un género de nubes altas formadas por cristales de hielo . Los cirros suelen tener un aspecto delicado y tenues con hebras blancas. Los cirros suelen formarse cuando el aire cálido y seco se eleva, lo que provoca la deposición de vapor de agua sobre partículas de polvo rocosas o metálicas a grandes altitudes. A nivel mundial, se forman en cualquier lugar entre 4.000 y 20.000 metros (13.000 y 66.000 pies) sobre el nivel del mar , con las elevaciones más altas generalmente en los trópicos y las elevaciones más bajas en las regiones más polares .
Los cirros se pueden formar a partir de las cimas de tormentas eléctricas y ciclones tropicales y, a veces, predicen la llegada de lluvia o tormentas. Aunque son una señal de que se avecinan lluvias y, tal vez, tormentas, los cirros en sí mismos no dejan caer más que rayas de cristales de hielo. Estos cristales se disipan, se derriten y se evaporan a medida que caen a través del aire más cálido y seco y nunca llegan al suelo. Los cirros calientan la Tierra, lo que puede contribuir al cambio climático . Una Tierra que se calienta probablemente producirá más cirros, lo que podría dar lugar a un bucle que se refuerza a sí mismo .
Los fenómenos ópticos , como los parhelios y los halos , pueden producirse por la interacción de la luz con los cristales de hielo en las nubes cirros. Hay otras dos nubes altas similares a los cirros, llamadas cirroestratos y cirrocúmulos . Los cirroestratos parecen una capa de nubes, mientras que los cirrocúmulos parecen un patrón de pequeños penachos de nubes. A diferencia de los cirros y los cirroestratos, los cirrocúmulos contienen gotitas de agua superenfriada (por debajo del punto de congelación ).
Los cirros se forman en las atmósferas de Marte , Júpiter , Saturno , Urano y Neptuno ; y en Titán , una de las lunas más grandes de Saturno. Algunos de estos cirros extraterrestres están hechos de hielo de amoníaco o metano , de forma muy similar al hielo de agua de los cirros de la Tierra. Algunas nubes interestelares , formadas por granos de polvo más pequeños que una milésima de milímetro, también se denominan cirros .
Los cirros son nubes tenues formadas por largas hebras de cristales de hielo que se describen como plumosas, [1] similares a cabellos o con apariencia en capas. [2] Definidos científicamente por primera vez por Luke Howard en un artículo de 1803, [3] su nombre se deriva de la palabra latina cirrus , que significa 'rizo' o 'fleco'. [4] Son transparentes , lo que significa que se puede ver el sol a través de ellos. Los cristales de hielo en las nubes hacen que generalmente parezcan blancas, pero el sol naciente o poniente puede colorearlas de varios tonos de amarillo o rojo. [2] [5] Al anochecer , pueden parecer grises. [5]
Cirrus viene en cinco especies visualmente distintas: castellanus , fibratus , floccus , spissatus y uncinus : [2]
Cada especie se divide en hasta cuatro variedades: intortus , vertebrado , radiatus y duplicatus : [10]
Las nubes cirros suelen producir filamentos similares a cabellos llamados estelas de caída , compuestos de cristales de hielo más pesados que caen de la nube. Son similares a la virga que se produce en las nubes de agua líquida. Los tamaños y formas de las estelas de caída están determinados por la cizalladura del viento. [13]
La cobertura de cirros varía a lo largo del día . Durante el día, la cobertura de cirros disminuye y durante la noche, aumenta. [14] Según los datos del satélite CALIPSO , los cirros cubren un promedio del 31% al 32% de la superficie de la Tierra. [15] La cobertura de cirros varía enormemente según la ubicación, y algunas partes de los trópicos alcanzan hasta un 70% de cobertura de cirros. Las regiones polares, por otro lado, tienen una cobertura de cirros significativamente menor, y algunas áreas tienen un promedio anual de solo alrededor del 10% de cobertura. [14] Estos porcentajes tratan los días y las noches despejados, así como los días y las noches con otros tipos de nubes, como falta de cobertura de cirros. [16]
Los cirros se forman generalmente cuando el aire cálido y seco asciende, [2] lo que hace que el vapor de agua se deposite sobre partículas de polvo rocoso o metálico [17] a grandes altitudes. La altitud media de los cirros aumenta a medida que disminuye la latitud , pero la altitud siempre está limitada por la tropopausa . [18] Estas condiciones se dan comúnmente en el borde delantero de un frente cálido . [19] Debido a que la humedad absoluta es baja a altitudes tan elevadas, este género tiende a ser bastante transparente. [20] Los cirros también pueden formarse dentro de agujeros de caída (también llamados "cavum"). [21]
En latitudes de 65° N o S , cerca de las regiones polares , los cirros se forman, en promedio, a solo 7000 m (23 000 pies) sobre el nivel del mar. En regiones templadas, aproximadamente a 45° N o S , su altitud promedio aumenta a 9500 m (31 200 pies) sobre el nivel del mar. En regiones tropicales , aproximadamente a 5° N o S , los cirros se forman a 13 500 m (44 300 pies) sobre el nivel del mar en promedio. En todo el mundo, los cirros pueden formarse en cualquier lugar de 4000 a 20 000 m (13 000 a 66 000 pies) sobre el nivel del mar. [18] Los cirros se forman con un amplio rango de espesores. Pueden tener tan solo 100 m (330 pies) de arriba a abajo hasta un espesor de 8000 m (26 000 pies). El espesor de las nubes cirros suele estar entre esos dos extremos, con un espesor promedio de 1.500 m (4.900 pies). [22]
La corriente en chorro , una banda de viento de alto nivel, puede estirar las nubes cirros lo suficiente como para cruzar continentes. [23] Las rayas en chorro, bandas de aire que se mueven más rápido en la corriente en chorro, pueden crear arcos de nubes cirros de cientos de kilómetros de largo. [24]
La formación de nubes cirros puede ser efectuada por aerosoles orgánicos (partículas producidas por plantas) que actúan como puntos de nucleación adicionales para la formación de cristales de hielo. [25] [26] Sin embargo, las investigaciones sugieren que las nubes cirros se forman más comúnmente sobre partículas rocosas o metálicas en lugar de orgánicas. [17]
Las capas de nubes cirros se extienden comúnmente desde las paredes del ojo de los ciclones tropicales. [27] (La pared del ojo es el anillo de nubes de tormenta que rodea el ojo de un ciclón tropical. [28] ) Un gran escudo de cirros y cirrostratos acompaña típicamente los vientos salientes de gran altitud de los ciclones tropicales, [27] y estos pueden hacer que las bandas subyacentes de lluvia —y a veces incluso el ojo— sean difíciles de detectar en fotografías satelitales. [29]
Las tormentas eléctricas pueden formar densos cirros en sus cimas. A medida que la nube cumulonimbus en una tormenta eléctrica crece verticalmente, las gotas de agua líquida se congelan cuando la temperatura del aire alcanza el punto de congelación . [30] La nube de yunque toma su forma porque la inversión de temperatura en la tropopausa impide que el aire cálido y húmedo que forma la tormenta eléctrica se eleve más alto, creando así la cima plana. [31] En los trópicos, estas tormentas eléctricas ocasionalmente producen grandes cantidades de cirros desde sus yunques. [32] Los vientos de gran altitud comúnmente empujan esta densa capa hacia afuera en una forma de yunque que se extiende a favor del viento hasta varios kilómetros. [31]
Las formaciones individuales de nubes cirros pueden ser los restos de nubes yunque formadas por tormentas eléctricas. En la etapa de disipación de una nube cumulonimbus, cuando la columna normal que asciende hasta el yunque se ha evaporado o disipado, la capa de cirros en el yunque es todo lo que queda. [33]
Las estelas de condensación son un tipo de cirros artificiales que se forman cuando el vapor de agua del escape de un motor a reacción se condensa en partículas, que provienen del aire circundante o del propio escape, y se congela, dejando atrás un rastro visible. El escape puede desencadenar la formación de cirros al proporcionar núcleos de hielo cuando hay un suministro natural insuficiente en la atmósfera. [34] Uno de los impactos ambientales de la aviación es que las estelas de condensación persistentes pueden formar grandes esteras de cirros, [35] y el aumento del tráfico aéreo se ha implicado como una posible causa de la creciente frecuencia y cantidad de cirros en la atmósfera de la Tierra. [35] [36]
Los cirros aislados y aleatorios no tienen ningún significado particular. [19] Una gran cantidad de nubes cirros puede ser un signo de un sistema frontal que se acerca o una perturbación del aire superior. La aparición de cirros señala un cambio en el clima, generalmente más tormentoso, en el futuro cercano. [37] Si la nube es un cirrus castellanus , puede haber inestabilidad en el nivel de gran altitud. [19] Cuando las nubes se profundizan y se extienden, especialmente cuando son de la variedad cirrus radiatus o cirrus fibratus , esto generalmente indica un frente meteorológico que se acerca. Si es un frente cálido, las nubes cirros se extienden en cirroestratos, que luego se espesan y bajan en altocúmulos y altoestratos . El siguiente conjunto de nubes son las nubes nimboestratos portadoras de lluvia . [1] [19] [38] Cuando los cirros preceden a un frente frío , una línea de turbonadas o una tormenta multicelular , es porque son arrastrados por el viento y las siguientes nubes en llegar son los cumulonimbos. [38] Las ondas de Kelvin-Helmholtz indican una cizalladura extrema del viento en niveles altos. [19] Cuando una corriente en chorro crea un gran arco de cirros, las condiciones climáticas pueden ser adecuadas para el desarrollo de tormentas invernales . [24]
En los trópicos, 36 horas antes del paso central de un ciclón tropical, un velo de cirros blancos se acerca desde la dirección del ciclón. [39] A mediados y finales del siglo XIX, los pronosticadores usaban estos velos de cirros para predecir la llegada de huracanes. A principios de la década de 1870, el presidente del Colegio Belén en La Habana , el padre Benito Viñes , desarrolló el primer sistema de pronóstico de huracanes; utilizó principalmente el movimiento de estas nubes para formular sus predicciones. [40] Observaba las nubes cada hora desde las 4:00 a. m. hasta las 10:00 p. m. Después de acumular suficiente información, Viñes comenzó a predecir con precisión las trayectorias de los huracanes; resumió sus observaciones en su libro Apuntes relativos a los huracanes de las Antillas , publicado en inglés como Practical Hints in Regard to West Indian Hurricanes . [41]
Las nubes cirros cubren hasta el 25% de la Tierra (hasta el 70% en los trópicos por la noche [42] ) y tienen un efecto neto de calentamiento. [43] Cuando son delgadas y translúcidas, las nubes absorben eficientemente la radiación infrarroja saliente mientras que solo reflejan marginalmente la luz solar entrante. [44] Cuando las nubes cirros tienen 100 m (330 pies) de espesor, reflejan solo alrededor del 9% de la luz solar entrante, pero evitan que escape casi el 50% de la radiación infrarroja saliente, elevando así la temperatura de la atmósfera debajo de las nubes en un promedio de 10 °C (18 °F) [45] , un proceso conocido como efecto invernadero . [46] En promedio mundial, la formación de nubes da como resultado una pérdida de temperatura de 5 °C (9 °F) en la superficie de la Tierra, principalmente como resultado de las nubes estratocúmulos . [47]
Es probable que las nubes cirros se estén volviendo más comunes debido al cambio climático . Como su efecto invernadero es más fuerte que su reflejo de la luz solar, esto actuaría como una retroalimentación que se refuerza a sí misma . [48] Las partículas metálicas de origen humano actúan como semillas de nucleación adicionales, aumentando potencialmente la cobertura de nubes cirros y contribuyendo así aún más al cambio climático. [17] Las aeronaves en la troposfera superior pueden crear nubes cirros de estela si las condiciones climáticas locales son las adecuadas. Estas estelas contribuyen al cambio climático. [49]
Se ha propuesto el adelgazamiento de las nubes cirros como un posible enfoque de geoingeniería para reducir el daño climático causado por el dióxido de carbono . El adelgazamiento de las nubes cirros implicaría la inyección de partículas en la troposfera superior para reducir la cantidad de nubes cirros. El Informe de Evaluación del IPCC de 2021 expresó poca confianza en el efecto de enfriamiento del adelgazamiento de las nubes cirros, debido a la comprensión limitada. [50]
Los científicos han estudiado las propiedades de los cirros utilizando varios métodos diferentes. El lidar ( radar basado en láser ) proporciona información muy precisa sobre la altitud, la longitud y el ancho de la nube. Los higrómetros transportados por globos [a] miden la humedad de la nube de cirros, pero no son lo suficientemente precisos para medir la profundidad de la nube. Las unidades de radar proporcionan información sobre las altitudes y los espesores de las nubes de cirros. [51] Otra fuente de datos son las mediciones satelitales del programa Stratospheric Aerosol and Gas Experiment . Estos satélites miden dónde se absorbe la radiación infrarroja en la atmósfera y, si se absorbe en altitudes de cirros, se supone que hay nubes de cirros en esa ubicación. [52] El espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada de la NASA proporciona información sobre la cobertura de nubes de cirros midiendo la radiación infrarroja reflejada de varias frecuencias específicas durante el día. Durante la noche, determina la cobertura de cirros detectando las emisiones infrarrojas de la Tierra. La nube refleja esta radiación de vuelta al suelo, lo que permite a los satélites ver la "sombra" que proyecta en el espacio. [27] Las observaciones visuales desde aeronaves o desde tierra proporcionan información adicional sobre los cirros. [52] El análisis de partículas por espectrometría de masas láser (PALMS) [b] se utiliza para identificar el tipo de semillas de nucleación que generaron los cristales de hielo en un cirro. [17]
Las nubes cirros tienen una concentración media de cristales de hielo de 300.000 cristales de hielo por cada 10 metros cúbicos (270.000 cristales de hielo por cada 10 yardas cúbicas ). La concentración varía desde tan solo 1 cristal de hielo por cada 10 metros cúbicos hasta tan alto como 100 millones de cristales de hielo por cada 10 metros cúbicos (poco menos de 1 cristal de hielo por cada 10 yardas cúbicas a 77 millones de cristales de hielo por cada 10 yardas cúbicas), una diferencia de ocho órdenes de magnitud . El tamaño de cada cristal de hielo es normalmente de 0,25 milímetros, [22] pero varían desde tan solo 0,01 milímetros hasta varios milímetros. [55] Los cristales de hielo en las estelas de condensación pueden ser mucho más pequeños que los de las nubes cirros naturales, siendo de alrededor de 0,001 milímetros a 0,1 milímetros de longitud. [34]
Además de formarse en diferentes tamaños, los cristales de hielo en las nubes cirros pueden cristalizar en diferentes formas: columnas sólidas, columnas huecas, placas, rosetas y conglomerados de los diversos otros tipos. La forma de los cristales de hielo está determinada por la temperatura del aire, la presión atmosférica y la sobresaturación del hielo (la cantidad en la que la humedad relativa excede el 100%). Los cirros en las regiones templadas suelen tener las diversas formas de cristales de hielo separadas por tipo. Las columnas y placas se concentran cerca de la parte superior de la nube, mientras que las rosetas y conglomerados se concentran cerca de la base. En la región del Ártico norte , las nubes cirros tienden a estar compuestas solo por columnas, placas y conglomerados, y estos cristales tienden a ser al menos cuatro veces más grandes que el tamaño mínimo. En la Antártida , los cirros suelen estar compuestos solo por columnas que son mucho más largas de lo normal. [55]
Las nubes cirros suelen ser más frías que -20 °C (-4 °F). [55] A temperaturas superiores a -68 °C (-90 °F), la mayoría de las nubes cirros tienen humedades relativas de aproximadamente el 100% (es decir, están saturadas). [56] Las nubes cirros pueden sobresaturarse, con humedades relativas sobre el hielo que pueden superar el 200%. [57] [56] Por debajo de -68 °C (-90 °F) hay más nubes cirros tanto subsaturadas como sobresaturadas. [58] Las nubes más sobresaturadas son probablemente cirros jóvenes. [56]
Las nubes cirros pueden producir varios efectos ópticos como halos alrededor del Sol y la Luna. Los halos son causados por la interacción de la luz con cristales de hielo hexagonales presentes en las nubes que, dependiendo de su forma y orientación, pueden dar lugar a una amplia variedad de anillos, arcos y manchas blancas y de colores en el cielo, incluyendo los parhelios , [55] el halo de 46° , [59] el halo de 22° , [59] y los arcos circunhorizontales . [60] [61] Los arcos circunhorizontales solo son visibles cuando el Sol se eleva por encima de los 58° sobre el horizonte, lo que impide que los observadores en latitudes más altas puedan verlos. [62]
Con menos frecuencia, los cirros son capaces de producir glorias , más comúnmente asociadas con nubes basadas en agua líquida como los estratos . Una gloria es un conjunto de anillos brillantes concéntricos de colores tenues que aparecen alrededor de la sombra del observador y se observan mejor desde un punto de vista alto o desde un avión. [63] Los cirros solo forman glorias cuando los cristales de hielo constituyentes son asféricos; los investigadores sugieren que los cristales de hielo deben tener entre 0,009 milímetros y 0,015 milímetros de longitud para que aparezca una gloria. [64]
Los cirros son uno de los tres géneros diferentes de nubes de altura, a los que se les da el prefijo "cirro-". Los otros dos géneros son los cirrocúmulos y los cirroestratos. Las nubes de altura suelen formarse por encima de los 6100 m (20 000 pies). [1] [65] [66] A los cirrocúmulos y los cirroestratos a veces se los denomina informalmente nubes cirriformes debido a su frecuente asociación con los cirros. [67]
En el rango intermedio, de 2.000 a 6.100 m (6.500 a 20.000 pies), [1] [65] se encuentran las nubes de nivel medio, que reciben el prefijo "alto-". Comprenden dos géneros, altostratus y altocumulus . Estas nubes se forman a partir de cristales de hielo, gotitas de agua superenfriada o gotitas de agua líquida. [1]
Las nubes de bajo nivel se forman generalmente por debajo de los 2000 m (6500 pies) y no tienen prefijo. [1] [65] Los dos géneros que son estrictamente de bajo nivel son los estratos y los estratocúmulos . Estas nubes están compuestas de gotitas de agua, excepto durante el invierno, cuando se forman de gotitas de agua superenfriadas o cristales de hielo si la temperatura al nivel de la nube está por debajo del punto de congelación. Tres géneros adicionales se forman generalmente en el rango de baja altitud, pero pueden estar basados en niveles más altos en condiciones de muy baja humedad. Son los géneros cúmulos , cumulonimbos y nimboestratos . Estos a veces se clasifican por separado como nubes de desarrollo vertical, especialmente cuando sus cimas son lo suficientemente altas como para estar compuestas de gotitas de agua superenfriadas o cristales de hielo. [68] [1]
Las nubes cirrocúmulos se forman en láminas o parches [69] y no proyectan sombras. Suelen aparecer en patrones regulares y ondulados [66] o en filas de nubes con áreas despejadas entre ellas. [1] Los cirrocúmulos, al igual que otros miembros de la categoría cumuliforme, se forman mediante procesos convectivos . [70] El crecimiento significativo de estos parches indica inestabilidad a gran altitud y puede señalar la llegada de un clima más desfavorable. [71] [72] Los cristales de hielo en la parte inferior de las nubes cirrocúmulos tienden a tener forma de cilindros hexagonales. No son sólidos, sino que tienden a tener embudos escalonados que salen de los extremos. Hacia la parte superior de la nube, estos cristales tienden a agruparse. [73] Estas nubes no duran mucho y tienden a transformarse en cirros porque, a medida que el vapor de agua continúa depositándose sobre los cristales de hielo, finalmente comienzan a caer, destruyendo la convección ascendente. Luego, la nube se disipa en cirros. [74] Las nubes cirrocúmulos se dividen en cuatro especies: stratiformis , lenticularis , castellanus y floccus . [71] Son iridiscentes cuando las gotitas de agua superenfriada que las componen son todas aproximadamente del mismo tamaño. [72]
Las nubes cirrostratos pueden aparecer como un brillo lechoso en el cielo [71] o como una capa estriada. [66] A veces son similares a los altoestratos y se distinguen de estos últimos porque el Sol o la Luna siempre son claramente visibles a través de los cirroestratos transparentes, en contraste con los altoestratos que tienden a ser opacos o translúcidos. [75] Los cirroestratos vienen en dos especies, fibratus y nebulosus . [71] Los cristales de hielo en estas nubes varían dependiendo de la altura en la nube. Hacia la parte inferior, a temperaturas de alrededor de −35 a −45 °C (−31 a −49 °F), los cristales tienden a ser columnas hexagonales largas y sólidas. Hacia la parte superior de la nube, a temperaturas de alrededor de −47 a −52 °C (−53 a −62 °F), los tipos de cristales predominantes son placas gruesas y hexagonales y columnas cortas y sólidas y hexagonales. [74] [76] Estas nubes suelen producir halos, y a veces el halo es la única indicación de que dichas nubes están presentes. [77] Se forman cuando el aire cálido y húmedo se eleva lentamente hasta una altitud muy elevada. [78] Cuando se acerca un frente cálido, los cirroestratos se vuelven más espesos y descienden formando altostratos, [1] y la lluvia suele comenzar entre 12 y 24 horas después. [77]
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Se han observado cirros en otros planetas. En 2008, la sonda Phoenix tomó una fotografía en cámara lenta de un grupo de cirros que se movían por el cielo marciano utilizando un lidar. [79] Cerca del final de su misión, la sonda Phoenix detectó más nubes delgadas cerca del polo norte de Marte. En el transcurso de varios días, se espesaron, bajaron y finalmente comenzaron a nevar. La precipitación total fue de solo unas pocas milésimas de milímetro. James Whiteway, de la Universidad de York, concluyó que "la precipitación es un componente del ciclo hidrológico [marciano] ". [80] Estas nubes se formaron durante la noche marciana en dos capas, una a unos 4.000 m (13.000 pies) sobre el suelo y la otra a nivel de la superficie. Duraron hasta la madrugada antes de ser quemadas por el sol. Los cristales de estas nubes se formaron a una temperatura de -65 °C (-85 °F) y tenían una forma aproximada de elipsoides de 0,127 milímetros de largo y 0,042 milímetros de ancho. [81]
En Júpiter, los cirros están compuestos de amoniaco . Cuando desapareció el Cinturón Ecuatorial Sur de Júpiter , una hipótesis planteada por Glenn Orten fue que se había formado una gran cantidad de cirros de amoniaco sobre él, ocultándolo de la vista. [82] La sonda Cassini de la NASA detectó estas nubes en Saturno [83] y delgados cirros de hielo de agua en la luna Titán de Saturno . [84] Existen cirros compuestos de hielo de metano en Urano. [85] En Neptuno, se han detectado nubes delgadas y tenues que posiblemente podrían ser cirros sobre la Gran Mancha Oscura . Al igual que en Urano, probablemente se trate de cristales de metano. [86]
Las nubes cirros interestelares están compuestas por diminutos granos de polvo más pequeños que un micrómetro y, por lo tanto, no son verdaderas nubes cirros, que están compuestas de cristales congelados. [87] Su tamaño varía desde unos pocos años luz hasta decenas de años luz. Si bien técnicamente no son nubes cirros, las nubes de polvo se denominan "cirros" debido a su similitud con las nubes de la Tierra. Emiten radiación infrarroja, de manera similar a la forma en que las nubes cirros de la Tierra reflejan el calor que se irradia hacia el espacio. [88]
Notas al pie
Bibliografía
