La escarcha es una fina capa de hielo sobre una superficie sólida , que se forma a partir del vapor de agua que se deposita sobre una superficie helada . La escarcha se forma cuando el aire contiene más vapor de agua del que normalmente puede contener a una temperatura específica. El proceso es similar a la formación de rocío , excepto que ocurre por debajo del punto de congelación del agua, generalmente sin atravesar un estado líquido .
El aire siempre contiene una cierta cantidad de vapor de agua, dependiendo de la temperatura. El aire más cálido puede contener más que el aire más frío. Cuando la atmósfera contiene más agua de la que puede retener a una temperatura específica, su humedad relativa aumenta por encima del 100% y se sobresatura , y el exceso de vapor de agua se ve obligado a depositarse en cualquier superficie cercana, formando cristales semilla . La temperatura a la que se formará la escarcha se llama punto de rocío , y depende de la humedad del aire. [1] Cuando la temperatura del aire cae por debajo de su punto de rocío, el exceso de vapor de agua es expulsado de la solución, lo que resulta en un cambio de fase directamente de vapor de agua (un gas ) a hielo (un sólido). A medida que se añaden más moléculas de agua a las semillas, se produce un crecimiento de cristales , formándose cristales de hielo . Los cristales pueden variar en tamaño y forma, desde una capa uniforme de numerosas semillas microscópicas hasta menos cristales pero mucho más grandes, desde cristales dendríticos largos (en forma de árbol) que crecen a lo largo de una superficie, cristales aciculares (en forma de agujas) que crecen hacia afuera desde la superficie. superficie, cristales en forma de copo de nieve o incluso grandes láminas de hielo en forma de cuchillos que cubren un objeto, lo que depende de muchos factores como la temperatura, la presión del aire, el movimiento y la turbulencia del aire, la rugosidad y humectabilidad de la superficie y el nivel de sobresaturación. Por ejemplo, el vapor de agua se absorbe muy bien en el vidrio, por lo que las ventanas de los automóviles a menudo se escarchan antes que la pintura, y grandes cristales de escarcha pueden crecer muy rápidamente cuando el aire está muy frío, en calma y muy saturado, como durante una niebla helada. .
La escarcha puede ocurrir cuando el aire cálido y húmedo entra en contacto con una superficie fría, enfriándola por debajo de su punto de rocío, como el aliento cálido en una ventana helada. En la atmósfera, ocurre con mayor frecuencia cuando tanto el aire como la superficie están bajo cero, cuando el aire experimenta una caída de temperatura que lo lleva por debajo de su punto de rocío, por ejemplo, cuando la temperatura cae después de que se pone el Sol. En climas templados , aparece más comúnmente en superficies cercanas al suelo como frágiles cristales blancos ; en climas fríos, se presenta en una mayor variedad de formas. [2] La propagación de la formación de cristales se produce por el proceso de nucleación , en concreto, nucleación del agua , que es el mismo fenómeno responsable de la formación de nubes, niebla, nieve, lluvia y otros fenómenos meteorológicos.
Los cristales de hielo de la escarcha se forman como resultado del desarrollo de procesos fractales . La profundidad de los cristales de escarcha varía dependiendo del tiempo que llevan acumulándose y de la concentración del vapor de agua ( humedad ). Los cristales de escarcha pueden ser invisibles (negros), transparentes ( translúcidos ) o, si una masa de cristales de escarcha dispersa la luz en todas direcciones, la capa de escarcha aparece blanca.
Los tipos de escarcha incluyen escarcha cristalina (escarcha escarcha o escarcha por radiación) por deposición de vapor de agua procedente del aire con baja humedad, escarcha blanca en condiciones húmedas, escarcha en ventanas sobre superficies de vidrio, escarcha por advección del viento frío sobre superficies frías, escarcha negra sin hielo visible. a bajas temperaturas y muy baja humedad, y escarcha en condiciones húmedas sobreenfriadas . [2]
Las plantas que han evolucionado en climas más cálidos sufren daños cuando la temperatura desciende lo suficiente como para congelar el agua en las células que forman el tejido vegetal . El daño tisular resultante de este proceso se conoce como "daño por heladas". Los agricultores de aquellas regiones donde se sabe que los daños por heladas afectan sus cultivos a menudo invierten en medios sustanciales para proteger sus cultivos de dichos daños.
Si una superficie sólida se enfría por debajo del punto de rocío del aire húmedo circundante y la superficie misma está más fría que el punto de congelación, se formará hielo sobre ella. Si el agua se deposita como un líquido que luego se congela, forma una capa que puede verse vítrea, opaca o cristalina, según su tipo. Dependiendo del contexto, ese proceso también puede denominarse formación de hielo atmosférico . El hielo que produce difiere en algunos aspectos de la escarcha cristalina, que consiste en espículas de hielo que normalmente se proyectan desde la superficie sólida sobre la que crecen.
La principal diferencia entre las capas de hielo y las espículas de escarcha surge porque las espículas cristalinas crecen directamente a partir de la desublimación del vapor de agua del aire, y la desublimación no es un factor en la formación de hielo en las superficies congeladas. Para que se produzca la desublimación, la superficie debe estar por debajo del punto de congelación del aire, es decir, que esté lo suficientemente fría como para que se forme hielo sin pasar por la fase líquida . El aire debe estar húmedo, pero no lo suficiente como para permitir la condensación de agua líquida, o se producirá formación de hielo en lugar de desublimación. El tamaño de los cristales depende en gran medida de la temperatura, la cantidad de vapor de agua disponible y el tiempo que han estado creciendo sin ser molestados.
Como regla general, excepto en condiciones en las que hay presentes gotas sobreenfriadas en el aire, se formará escarcha sólo si la superficie de deposición está más fría que el aire circundante. Por ejemplo, se puede observar escarcha alrededor de las grietas de las frías aceras de madera cuando el aire húmedo escapa del suelo más cálido que hay debajo. Otros objetos sobre los que comúnmente se forma escarcha son aquellos con bajo calor específico o alta emisividad térmica , como los metales ennegrecidos, de ahí la acumulación de escarcha en las cabezas de los clavos oxidados.
La aparición aparentemente errática de heladas en localidades adyacentes se debe en parte a diferencias de elevación, ya que las zonas más bajas se vuelven más frías en las noches tranquilas. Cuando el aire estático se asienta sobre un área del suelo en ausencia de viento, la absortividad y el calor específico del suelo influyen fuertemente en la temperatura que alcanza el aire atrapado.
La escarcha , también escarcha , escarcha por radiación o pruina , se refiere a cristales de hielo blancos depositados en el suelo o adheridos sin apretar a objetos expuestos, como cables u hojas. [3] Se forman en noches frías y despejadas, cuando las condiciones son tales que el calor se irradia al espacio exterior más rápido de lo que puede ser reemplazado por objetos calientes cercanos o traído por el viento. En circunstancias adecuadas, los objetos se enfrían por debajo del punto de congelación [4] del aire circundante, muy por debajo del punto de congelación del agua. Esta congelación puede verse favorecida por efectos como inundaciones o bolsas de escarcha . [5] Estos ocurren cuando la radiación a nivel del suelo enfría el aire hasta que fluye cuesta abajo y se acumula en bolsas de aire muy frío en valles y hondonadas. La escarcha puede congelarse en un aire frío tan bajo incluso cuando la temperatura del aire a unos pocos pies sobre el suelo está muy por encima del punto de congelación.
La palabra "hoar" proviene de un adjetivo del inglés antiguo que significa "mostrar signos de vejez". En este contexto, se refiere a las heladas que hacen que los árboles y arbustos parezcan pelos blancos.
La escarcha puede tener diferentes nombres según dónde se forme:
Cuando la superficie cubre bancos de nieve inclinados, la capa de cristales de escarcha puede crear un riesgo de avalancha ; Cuando pesadas capas de nieve nueva cubren la superficie helada, los cristales peludos que sobresalen de la nieve vieja mantienen a raya los copos que caen, formando una capa de huecos que evita que las nuevas capas de nieve se adhieran fuertemente a la nieve vieja que se encuentra debajo. Las condiciones ideales para que se forme escarcha sobre la nieve son noches frías y despejadas, con corrientes de aire frío muy ligeras que transmiten la humedad en la proporción adecuada para el crecimiento de cristales de escarcha. El viento demasiado fuerte o cálido destruye los cristales peludos y, por tanto, puede permitir una unión más fuerte entre las capas de nieve vieja y nueva. Sin embargo, si los vientos son lo suficientemente fuertes y fríos como para dejar los cristales planos y secos, cubriendo la nieve con cristales fríos y sueltos sin quitarlos ni destruirlos ni dejar que se calienten y se vuelvan pegajosos, entonces la interfaz de escarcha entre las capas de nieve puede Todavía existe peligro de avalancha, porque la textura de los cristales de escarcha difiere de la textura de la nieve y los cristales secos no se adhieren a la nieve fresca. Estas condiciones todavía impiden una fuerte unión entre las capas de nieve. [6]
En temperaturas muy bajas, donde se forman cristales esponjosos en la superficie que luego no se cubren con nieve, los fuertes vientos pueden romperlos, formando un polvo de partículas de hielo y soplándolos sobre la superficie. El polvo de hielo puede entonces formar yukimarimo , como se ha observado en algunas partes de la Antártida, en un proceso similar a la formación de pelusas y estructuras similares.
La escarcha y la escarcha blanca también se producen en entornos creados por el hombre, como congeladores o instalaciones de almacenamiento en frío industriales . Si dichos espacios fríos o las tuberías que los abastecen no están bien aislados y están expuestos a la humedad ambiental, la humedad se congelará instantáneamente dependiendo de la temperatura del congelador. La escarcha puede cubrir las tuberías de manera espesa, aislándolas parcialmente, pero un aislamiento tan ineficaz sigue siendo una fuente de pérdida de calor.
Las heladas de advección (también llamadas heladas de viento ) se refieren a pequeños picos de hielo que se forman cuando un viento muy frío sopla sobre ramas de árboles, postes y otras superficies. Parece un borde en los bordes de flores y hojas, y generalmente se forma en contra de la dirección del viento . Puede ocurrir a cualquier hora, de día o de noche.
La escarcha en las ventanas (también llamada escarcha de helecho o flores de hielo ) se forma cuando un panel de vidrio se expone a aire muy frío en el exterior y aire más cálido y moderadamente húmedo en el interior. Si el panel es un mal aislante (por ejemplo, si es una ventana de un solo panel), el vapor de agua se condensa en el vidrio, formando patrones de escarcha. Con temperaturas exteriores muy bajas, puede aparecer escarcha en la parte inferior de la ventana, incluso en ventanas de doble cristal energéticamente eficientes, porque la convección del aire entre dos cristales garantiza que la parte inferior del acristalamiento esté más fría que la parte superior. En los vehículos sin calefacción, la escarcha suele formarse primero en la superficie exterior del cristal. La superficie del vidrio influye en la forma de los cristales, por lo que las imperfecciones, los rayones o el polvo pueden modificar la forma en que se nuclea el hielo . Los patrones en la escarcha de ventana forman un fractal con una dimensión fractal mayor que uno, pero menor que dos. Esto es una consecuencia de que el proceso de nucleación se ve obligado a desarrollarse en dos dimensiones, a diferencia de un copo de nieve, que toma forma mediante un proceso similar, pero se forma en tres dimensiones y tiene una dimensión fractal mayor que dos. [7]
Si el aire interior es muy húmedo, en lugar de moderadamente, el agua primero se condensa en pequeñas gotas y luego se congela formando hielo transparente .
Pueden ocurrir patrones similares de congelación en otras superficies verticales lisas, pero rara vez son tan obvios o espectaculares como en el vidrio transparente.
La escarcha blanca es una deposición sólida de hielo que se forma directamente a partir del vapor de agua contenido en el aire.
La escarcha blanca se forma cuando la humedad relativa es superior al 90% y la temperatura es inferior a -8 °C (18 °F), y crece en contra de la dirección del viento, ya que el aire que llega desde barlovento tiene mayor humedad que el aire de sotavento, pero el viento no debe ser fuerte, de lo contrario dañará las delicadas estructuras heladas a medida que comienzan a formarse. La escarcha blanca se asemeja a una espesa capa de escarcha con grandes cristales entrelazados, generalmente en forma de aguja.
La escarcha es un tipo de deposición de hielo que se produce rápidamente, a menudo en condiciones de mucha humedad y viento. [8] Técnicamente no se trata de un tipo de escarcha, ya que normalmente se trata de gotas de agua sobreenfriada , a diferencia de la formación de escarcha, en la que el vapor de agua se desublima lenta y directamente. Los barcos que navegan por los mares árticos pueden acumular grandes cantidades de escarcha en los aparejos. A diferencia de la escarcha, que tiene una apariencia plumosa, la escarcha generalmente tiene una apariencia helada y sólida.
La escarcha negra o ("escarcha mortal") no es en sentido estricto escarcha en absoluto, porque es la condición que se observa en los cultivos cuando la humedad es demasiado baja para que se forme escarcha, pero la temperatura desciende tanto que los tejidos de las plantas se congelan y mueren, convirtiéndose en ennegrecido, de ahí el término "escarcha negra". A la helada negra a menudo se la llama "helada mortal" porque la helada blanca tiende a ser menos fría, en parte porque el calor latente de la congelación del agua reduce la caída de temperatura.
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Muchas plantas pueden resultar dañadas o muertas por las temperaturas bajo cero o las heladas. Esto varía según el tipo de planta, el tejido expuesto y las bajas temperaturas; una "helada ligera" de -2 a 0 °C (28 a 32 °F) daña menos tipos de plantas que una "helada fuerte" por debajo de -2 °C (28 °F). [9] [10]
Las plantas que probablemente resulten dañadas incluso por una helada leve incluyen las enredaderas (como frijoles, uvas, calabazas y melones) junto con solanáceas como tomates, berenjenas y pimientos. Las plantas que pueden tolerar (o incluso beneficiarse) de las heladas incluyen: [11]
Incluso aquellas plantas que toleran las heladas pueden resultar dañadas una vez que las temperaturas bajan aún más (por debajo de -4 °C o 25 °F). [9] Las plantas perennes resistentes, como Hosta , quedan inactivas después de las primeras heladas y vuelven a crecer cuando llega la primavera. Toda la planta visible puede volverse completamente marrón hasta el calor de la primavera, o puede perder todas sus hojas y flores, dejando solo el tallo y el tallo. Las plantas de hoja perenne, como los pinos, resisten las heladas aunque se detenga todo o la mayor parte de su crecimiento. El agrietamiento por heladas es un defecto de la corteza causado por una combinación de bajas temperaturas y el calor del sol invernal.
La vegetación no necesariamente se daña cuando la temperatura de las hojas cae por debajo del punto de congelación del contenido de sus células. En ausencia de un sitio que nuclee la formación de cristales de hielo, las hojas permanecen en un estado líquido sobreenfriado , alcanzando con seguridad temperaturas de -4 a -12 °C (25 a 10 °F). Sin embargo, una vez que se forma la escarcha, los cristales de hielo afilados pueden dañar las células de las hojas. El endurecimiento es el proceso mediante el cual una planta se vuelve tolerante a las bajas temperaturas. Véase también Criobiología .
Ciertas bacterias , en particular Pseudomonas syringae , son particularmente efectivas para desencadenar la formación de escarcha, elevando la temperatura de nucleación a aproximadamente -2 °C (28 °F). [13] Las bacterias que carecen de proteínas activas en la nucleación del hielo ( bacterias sin hielo ) reducen considerablemente el daño por heladas. [14]
Las medidas típicas para prevenir las heladas o reducir su gravedad incluyen una o más de:
Esas medidas deben aplicarse con discreción, porque pueden hacer más daño que bien; por ejemplo, rociar los cultivos con agua puede causar daños si las plantas se sobrecargan de hielo. Un método eficaz y de bajo coste para pequeñas explotaciones agrícolas y viveros de plantas que aprovecha el calor latente del congelamiento . Un temporizador de riego pulsado [21] suministra agua a través de aspersores aéreos existentes en volúmenes bajos para combatir heladas de hasta -5 °C (23 °F). [21] [22] Si el agua se congela, desprende su calor latente, evitando que la temperatura del follaje caiga muy por debajo de cero. [22]
Las zonas libres de heladas se encuentran principalmente en las tierras bajas tropicales, donde cubren casi toda la tierra excepto en altitudes superiores a unos 3.000 metros o 9.800 pies cerca del ecuador y alrededor de 2.000 metros o 6.600 pies en las zonas semiáridas de las regiones tropicales. Algunas áreas en los márgenes oceánicos de los subtrópicos también están libres de heladas, al igual que áreas altamente oceánicas cerca de las costas de barlovento. Las zonas libres de heladas más hacia los polos son las altitudes más bajas de las Azores , Île Amsterdam , Île Saint-Paul y Tristan da Cunha .
En los Estados Unidos contiguos , el sur de Florida, alrededor de Miami Beach y los Cayos de Florida , son las únicas zonas confiablemente libres de heladas, así como las Islas del Canal frente a la costa de California . Las zonas de rusticidad en estas regiones son 11a y 11b.
El permafrost es una capa de tierra congelada bajo tierra que nunca se calienta por encima del punto de congelación, ni siquiera durante los meses de verano, y permanece congelada durante todo el año. Aunque no es escarcha en el sentido atmosférico, está formada por tierra, tierra, arena, rocas, arcilla o materia orgánica (turba) unidas firmemente por cristales de hielo, lo que hace que el material sea muy duro y difícil de penetrar. El permafrost existe en los climas más fríos del Ártico y la Antártida, como Rusia, Canadá, Alaska, Noruega, Groenlandia o la Antártida, donde las condiciones más cálidas del verano son insuficientes para penetrar el aislamiento de la Tierra y llegar a una profundidad suficiente para descongelar el permafrost. capa. El permafrost puede comenzar desde la superficie del suelo o muchos metros debajo de él, y puede extenderse desde apenas un metro hasta más de mil metros de espesor. El permafrost contiene una porción significativa del agua y el carbono de la Tierra, e impide que el agua superficial penetre muy profundamente en el suelo, lo que lo hace responsable en parte de los ambientes típicos de taiga y pantanos de abetos comunes en las latitudes septentrionales. [23]
Frost está personificado en la cultura rusa como Ded Moroz . Los pueblos indígenas de Rusia, como los mordvinos, tienen sus propias tradiciones sobre las deidades del hielo.
La tradición del folclore inglés sostiene que Jack Frost , una criatura élfica, es responsable de los patrones plumosos de escarcha que se encuentran en las ventanas en las mañanas frías.
