Explicación
¿Cuánto pesa una nube y por qué no se te cae encima?
Una nube cúmulo de un kilómetro cúbico lleva unas 500 toneladas de agua: 500.000 kg (1.102.311 lb). Aquí está el cálculo y por qué unas gotas de 0,02 mm siguen en el cielo.
La nube que tienes encima puede pesar más que una manada de elefantes y jamás ha consultado a un ingeniero estructural. Ahí está el enigma completo: algo tan pesado flota sobre tu cabeza, sin intención alguna de caerse, y el cielo ni siquiera parece esforzarse.
La respuesta famosa —una nube cúmulo pesa alrededor de 1,1 millones de libras— suele repetirse sin la aritmética que hay detrás, y es una lástima, porque la aritmética es la parte interesante. Este artículo reconstruye la cifra a partir de dos ingredientes y luego explica por qué una nube pesada flota igualmente. En corto: la masa es real, la nube no es un bloque sólido y el aire pesa mucho más de lo que crees.
Una nube no es una caja de agua, es una niebla muy fina
Empecemos por lo que hay realmente ahí arriba. Una nube no es un lago flotante: es aire con una cantidad enorme de gotas de agua diminutas en suspensión, cada una condensada sobre una mota de polvo, sal u hollín. Una gota de nube mide unos 0,02 mm, alrededor de una centésima parte del ancho de una gota de lluvia. Nada en esa construcción es sólido, y por eso la primera pregunta honesta no es cuánto pesa una nube, sino cuánta agua se reparte en cuánto espacio.
La cifra estándar para una nube cúmulo es un contenido de agua líquida de unos 0,5 g (0,02 oz) por metro cúbico. Dicho en voz alta suena a nada: medio gramo en un volumen del tamaño de la caja de una lavadora, menos agua que un sorbo de café. Dale la vuelta con un objeto del catálogo y la dilución se vuelve nítida. Un litro de agua —1 kg (2,2 lb) en nuestro catálogo— pulverizado a esa concentración ocuparía 2.000 metros cúbicos de cielo, un cubo de casi 13 metros de lado. Una nube es, abrumadoramente, aire.
Fuentes: U.S. Geological Survey — Water Science School , NOAA — JetStream, National Weather Service , National Bureau of Standards / NIST
El cálculo: medio gramo, mil millones de veces
Ahora dale un tamaño a esa niebla fina. El USGS trabaja con una nube cúmulo de un kilómetro cúbico: un cubo de un kilómetro de ancho, uno de fondo y uno de alto, es decir, una nube de buen tiempo del montón, no una tormenta. Un kilómetro cúbico contiene 1.000.000.000 de metros cúbicos. Multiplica mil millones de metros cúbicos por medio gramo cada uno y salen 500 millones de gramos de agua: 500.000 kg (1.102.311 lb), o unas 500 toneladas (551 toneladas cortas). No ha ocurrido nada exótico. Un número diminuto se encontró con un número enorme, y ganó el enorme.
Medio millón de kilogramos es justo el tipo de cifra que resbala por el cerebro, así que ánclala. Nuestro elefante recién nacido pesa 100 kg (220 lb), de modo que el agua de esa sola nube equivale a 5.000 crías de elefante: una guardería que ningún zoológico sobreviviría. La Campana de la Libertad, con 943 kg (2.079 lb), habría que fundirla unas 530 veces. Y una sola nube corriente, de esas que ni fotografiarías, lo carga todo con aspecto de colada tendida.
Fuentes: U.S. Geological Survey — Water Science School , Smithsonian's National Zoo and Conservation Biology Institute , National Park Service
Por qué no se cae, parte uno: las gotas sí caen
Aquí va la corrección que casi todas las explicaciones se saltan. Las gotas de nube no se sostienen por arte de magia y no son ingrávidas. La gravedad tira de cada una y descienden de verdad, solo que a una lentitud absurda. Si aplicas la ley de Stokes a una gota de 0,02 mm, la velocidad límite ronda un centímetro por segundo. A ese ritmo, caer un kilómetro exigiría más de veinte horas de aire perfectamente quieto, y mucho antes la gota entra en aire más seco y se evapora.
Ese es todo el truco, y la meteorología lo dice sin rodeos: la velocidad límite de las gotas de nube suele ser menor que la de la corriente ascendente, así que las gotas permanecen en suspensión. El aire dentro de un cúmulo asciende, y ese ascenso es lo que creó la nube en primer lugar, cuando el aire húmedo se enfrió y su vapor se condensó. Una gota que baja a un centímetro por segundo dentro de aire que sube a un metro por segundo no está cayendo: la llevan hacia arriba mientras ella insiste en que baja. La nube no desafía a la gravedad. Solo hace funcionar una escalera mecánica lentísima en sentido contrario.
Fuentes: National Weather Service (training material) , NOAA — JetStream, National Weather Service
Por qué no se cae, parte dos: el aire pesa
La segunda respuesta es la que reordena tu intuición sin hacer ruido. Repetimos que la nube es pesada como si colgara en el vacío. No es así: está suspendida en aire, y el aire tiene masa. A nivel del mar, la atmósfera estándar lo sitúa en 1,225 kg (2,7 lb) por metro cúbico. Tu salón contiene unos cincuenta metros cúbicos, así que compartes el sofá con unos 61 kg (134 lb) de aire: casi exactamente un adulto medio de 62 kg (137 lb), sentado ahí sin que lo veas y sin pagar alquiler.
Ahora pesa ese mismo kilómetro cúbico de cielo que contenía nuestra nube. El aire que hay dentro suma unos 1,2 millones de toneladas (1,35 millones de toneladas cortas), unas 2.450 veces las 500 toneladas de agua de la nube. Visto así, las gotas no son un objeto pesado apoyado sobre el aire: son una contaminación del 0,04 por ciento dentro de una masa de aire que las empequeñece. Lo que decide si el paquete nuboso sube o baja no es la masa absoluta del agua, sino la densidad de ese paquete frente al aire que lo rodea, y el aire cálido, húmedo y ascendente es el más ligero. El USGS lo resume en una línea: la nube flota porque el mismo volumen de material nuboso es menos denso que el aire más seco que tiene debajo. Una nube no se posa sobre el cielo. Forma parte de él.
Fuentes: NASA Glenn Research Center , U.S. Geological Survey — Water Science School , BMC Public Health
Cuando la nube sí baja: la lluvia es un problema de tamaño
Por supuesto, las nubes acaban entregando su agua, y el mecanismo confirma todo el razonamiento. Para caer como lluvia, una gota debe dejar de ser una gota de nube. Una gota de lluvia típica mide 2 mm, así que una gota de nube de 0,02 mm tiene que crecer cien veces en anchura, y como el volumen escala con el cubo del diámetro, eso significa multiplicar su volumen por un millón. Ese es el cuello de botella, no la gravedad.
Dos procesos hacen crecer las gotas: primero se hinchan por condensación; luego las mayores caen algo más rápido, chocan con vecinas más lentas y se fusionan con ellas —colisión y coalescencia—, mientras que en nubes más frías los cristales de hielo crecen a costa de las gotas y se funden al bajar. Solo cuando una gota ha convencido a suficientes vecinas de unirse, su velocidad de caída supera a la corriente ascendente, y el agua que pasó horas sin ir a ninguna parte llega a tu cabeza en minutos. Las 500 toneladas siempre fueron pesadas. Solo estaban demasiado repartidas para comportarse como tales.
Fuentes: National Weather Service (training material) , NOAA — JetStream, National Weather Service
Por qué no hay ninguna nube en el juego
Sería fácil meter una nube media en el catálogo y dejar que la gente la adivine. No lo haremos, y el motivo es el propio artículo. Cada cifra de arriba se apoya en dos supuestos que elegimos nosotros: un límite de exactamente un kilómetro cúbico y un contenido de agua de medio gramo por metro cúbico. Las nubes reales no tienen bordes —se deshilachan, se hinchan, se evaporan en los márgenes— y su contenido de agua varía con el tipo, la temperatura y la edad. Cambia cualquiera de los supuestos y la respuesta se mueve por un factor, no por un error de redondeo. Un juego de adivinanzas necesita un objeto cuyo peso sea un hecho sobre el objeto, no sobre nuestras decisiones de modelo.
Lo que la nube te da a cambio es calibración. La próxima vez que un objeto parezca imposiblemente ligero, hazte las dos preguntas de este artículo: cuánta materia hay realmente ahí dentro y en cuánto espacio se reparte. Es el mismo instinto que separa un águila calva de un gato doméstico, o una Campana de la Libertad de 943 kg (2.079 lb) de un coche. Ponlo a prueba con objetos que se estén quietos el tiempo suficiente para pesarlos.
Fuentes: U.S. Geological Survey — Water Science School , National Park Service
La respuesta en un párrafo
Una nube cúmulo de un kilómetro cúbico lleva unos 500.000 kg (1.102.311 lb) de agua, y cada parte de esa frase es honesta: el agua es real, la masa es real y de verdad está colgando sobre tu cabeza. No se te cae encima porque sus gotas miden 0,02 mm y descienden a un centímetro por segundo, más despacio que el aire que sube por debajo, y porque ese aire pesa unas 2.450 veces más que el agua que transporta: la nube no descansa sobre el cielo, está disuelta en él. Flotar nunca fue lo mismo que no pesar. Solo lo parece desde abajo.
Metodología y transparencia
La masa de la nube es un modelo, no una medición. Sigue el supuesto del USGS de una nube cúmulo de un kilómetro cúbico con un contenido de agua líquida de 0,5 g (0,02 oz) por metro cúbico: 1.000.000.000 de metros cúbicos por medio gramo dan 500.000 kg (1.102.311 lb). Las nubes reales no tienen un límite nítido y su contenido de agua varía mucho según el tipo, la altura y la fase de vida, así que la cifra describe un cúmulo representativo, no cualquier nube. Nuestras comparaciones con objetos son simples divisiones por anclas del catálogo de How Heavy? —el elefante recién nacido de 100 kg (220 lb) y la Campana de la Libertad de 943 kg (2.079 lb)— y heredan la misma incertidumbre del modelo.
La velocidad de caída de aproximadamente un centímetro por segundo es un cálculo propio, no una cifra citada: aplica la ley de Stokes a una gota esférica con el diámetro de 0,02 mm que indica el material del National Weather Service, usando valores estándar de gravedad, densidad del agua y viscosidad del aire. La ley de Stokes es válida para gotas tan pequeñas y no sería apropiada para gotas de lluvia. La masa de aire usa la densidad de la atmósfera estándar de la NASA a nivel del mar, 1,225 kg (2,7 lb) por metro cúbico; las nubes reales están más arriba, donde el aire es más fino, así que la proporción real entre aire y agua a esa altura es algo menor que el 2.450 citado: el argumento se mantiene, el múltiplo exacto no. Los valores métricos van primero, con un equivalente imperial entre paréntesis tras cada cifra.
Última actualización:
Fuentes
- How Much Does a Cloud Weigh? — U.S. Geological Survey — Water Science School
- How Clouds Form — NOAA — JetStream, National Weather Service
- Meteorology Lesson 10 — Precipitation: droplet size, terminal velocity and collision–coalescence — National Weather Service (training material)
- Earth Atmosphere Equation — Metric Units — NASA Glenn Research Center
- Asian Elephant FAQs — Smithsonian's National Zoo and Conservation Biology Institute
- Density of Air-Free Water — National Bureau of Standards / NIST
- The Liberty Bell — Independence National Historical Park — National Park Service
- The weight of nations: an estimation of adult human biomass — BMC Public Health