El invierno va dejando paso a la primavera y la inestabilidad del clima está siempre presente. A propósito ¿está lloviendo? Si la respuesta es no, abre esta página, pulsa Play y escucha mientras lees esto.

Cuando una masa de aire frío tropieza con otra de aire caliente comienzan un baile frenético que desata una de las mayores fuerzas de la naturaleza: las tormentas. Y ya sea en la ciudad, en el campo, o en el mar

las tormentas forman parte de nuestra vida cotidiana.

Y de hecho, también son muy frecuentes en otros planetas. Desde luego, por muy grandes que sean aquí en la Tierra las tormentas son una pequeñez comparadas con las tormentas de ácido sulfúrico recalentado a unos 400ºC que podemos toparnos en la densa y tupida atmósfera de Venus o los enormes huracanes con rachas de 600 km/h que hay en Júpiter.

Pero aquí en la Tierra, en ciertas condiciones, pueden formarse auténticos instrumentos de devastación de forma completamente natural. Y todo comienza, como decíamos, con el encuentro de dos masas de aire de distinta temperatura creando una inestabilidad que desemboca en precipitaciones, rayos y fuertes vientos.

Para que esto ocurra, tiene que haber una zona de baja presión que esté rodeada por presiones más altas de manera que el viento contribuja a formar nubes de tormenta: cumulonimbos. En este nido de bajas presiones el vapor de agua se expande adiabáticamente hasta alcanzar alturas de hasta una decena de kilómetros, momento en el cual se topa con la troposfera y ya no puede constinuar ascendiendo.

El aire, caliente y húmedo que se encuentra en el centro de bajas presiones asciende por tener menos densidad. Por su parte, el aire frío que es más pesado “se hunde” y provoca que el aire caliente se arremoline, ascendiendo en vertical. Esta ascensión es en sentido antihorario en el hemisferio Norte y horario en el Sur, debido al efecto de Coriolis.

En este proceso no se produce intercambio de calor neto, por eso es una expansión adiabática. El aire caliente es capaz de retener en su seno mayor cantidad de agua disuelta que el aire frío, con lo que al disminuir la temperatura eventualmente se alcanza el punto de rocío, la humedad se satura al 100% y el aire se libra del exceso de agua. Es entonces cuando llueve.

El cumulonimbo seguirá creciendo mientras la inestabilidad exista en su zona inferior y crecerá hasta toparse con la troposfera. Ahí ya no puede seguir creciendo porque la temperatura aumenta con la altitud y al no haber más aire frío deja de poderse alimentar el proceso. En ese momento, los vientos irán “deshilachando” la parte superior de la nube dándole ese aspecto de yunque característico.

Además de los vientos y las lluvias, estas tormentas suelen ser también eléctricas. Los rayos son descargas de electricidad estática que se produce como consecuencia del rozamiento entre las distintas corrientes de aire. El como se inician es aún objeto de debate [1], lo que sí está claro es que esta descarga produce la ionización del aire y la emisión de fotones por parte de las moléculas que son ionizadas, dando lugar a la luz y también al estampido sónico al ocurrir la ruptura dieléctrica del aire. La siguiente infografía es un excelente resumen de todo lo que hay que saber (y más) sobre los rayos:

y si os quedáis con ganas, todavía os recomiendo que leáis el artículo de Yuri sobre si el rayo sube o baja.

Pero volvamos al intríngulis del asunto: la tormenta. Con los ingredientes descritos anteriormente tenemos una tormenta normal, de esas que pueden dar un buen espectáculo luminoso pero poco más. Existen, no obstante, tormentas que sin llegar a ser huracanes son auténticos titanes: las superceldas o supercélulas.

Estas tormentas son las más virulentas que se pueden producir y van acompañadas de poderosos vientos, lluvias copiosas y en muchas ocasiones, tornados. Se suelen dar en la primavera cuando se juntan campos de viento moderados o fuertes, la cizalladura del viento y la inestabilidad atmosférica.

El grado y la distribución vertical de la humedad, inestabilidad, empuje y especialmente la cizalladura tienen una gran influencia en los tipos de tormenta generados por el aire caliente y gran humedad a nivel del suelo (llamadas tormentas convectivas) en particular, las superceldas, multiceldas, tormentas ordinarias…

Hay distintos tipos de superceldas, desde las “clásicas” a las de “baja precipitación”, “alta precipitación”… Aunque todas tienen en común corrientes de aire que se arremolinan alimentadas por un vórtice persistente de varios kilómetros de diámetro que promueve la formación de la tormenta, su continuidad y determina la severidad de la misma. No se definen, por tanto, según su tamaño o volumen. Pueden ser grandes o pequeñas, altas o bajas y pueden ocurrir en todas partes, aunque es cierto que son más comunes en la parte central de los Estados Unidos.

El siguiente gráfico (Wikimedia Commons) muestra la estructura de una supercelda:

La cizalladura del viento provoca un desarrollo de procesos dinámicos en el interior de la tormenta que determinan su evolución, longevidad, movimiento, etc. La cizalladura provoca corrientes ascendentes a medida que el vórtice es obligado a ascender. Además, la rotación alrededor del eje vertical de la tormenta es compensado por un gradiente de presión hacia el centro que provoca bajas presiones en los niveles intermedios de la tormenta, justo en el punto en el que el “empuje” vertical de las corrientes ascendentes es más grande. Por otro lado, esta presión retroalimenta la ascensión, haciéndola incluso más fuerte en esta zona intermedia, provocando una mayor rotación. Cuanto más fuerte sea la cizalladura, más eficiente es este proceso.

Este esquema es bastante eficiente, las fuerzas dinámicas son al menos tan importantes o más que las que se encargan de mantener la ascensión y rotación. La supercélula puede seguir succionando aire y evolucionando incluso una vez llega la noche y hay menos calor disponible en la base, en el cimiento de la célula convectiva.

Incluso puede ocurrir que el vórtice se subdivida en dos, uno con rotación ciclónica y otro anticiclónica en la parte intermedia de la supercelda provocando el nacimiento de dos superceldas separadas, una hacia la izquierda y otra hacia la derecha del viento intermedio, pudiendo llegar a producir tornados muy fuertes.

Las superceldas suelen ser un espectáculo digno de ver y de fotografiar. Sin duda. Os invito a que visitéis esta galería y, por supuesto, leer las referencias de las que he sacado mucha información interesante.

Referencias:
RADAR CHARACTERISTICS OF SUPERCELLS, en Weather Prediction.
Structure and dynamics of supercell thunderstorms, en Science and Technology, NWS Lousiville, KY.
Severe Thunderstorm Evolution and Mesocyclone Structure as related to Tornadogenesis, Jun 1979, Leslie R. Lemon & Charles A. Doswell III.
Supercell Thunderstorms and Squall Lines, en Windows to the Universe.
SUPERCELL STORM STRUCTURE, por Eric Nguyen (galería de fotos).
Types of Thunderstorms, en University of Illinois.