Estimulación Artificial de Nubes.

GresMet

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Existe una creciente demanda de recursos hídricos a nivel mundial que conlleva a una progresiva escasez, ocasionada probablemente por el crecimiento de la población que exige un mayor consumo y seguramente por posibles cambios en los ecosistemas producidos por la intervención del hombre en el medioambiente. Para resolver el problema del agua distintas técnicas han sido empleadas, como la desalinización de agua de mar, la captura de nubosidad estratiforme, y la siembra de nubes. Con esta última técnica se ha demostrado la posibilidad de influir en la microestructura de las nubes, creando artificialmente algunos sistemas naturales tales como niebla, capas de nubes y cúmulos, utilizando además simulaciones de modelos numéricos para su posterior verificación mediante mediciones físicas. Los primeros trabajos realizados para estimular artificialmente las precipitaciones, fueron realizados en 1946 por Vincent Schaeffer, Irving Langmuir y Bernard Vonnegut (científicos norteamericanos de General Electric) y consistieron en la conversión de gotitas de nube sobreenfriadas en cristales de hielo. A través de estos estudios, se sabe que distintos productos orgánicos e inorgánicos poseen la capacidad de alterar los procesos físicos de la formación y crecimiento de las gotitas y cristales de hielo de las nubes. Se comprobó que existen diversos productos capaces de comportarse como núcleos de condensación, como por ejemplo hielo seco, solución de AgI (yoduro de plata) en acetona, etc., además de existir distintas formas de aplicación (quemadores terrestres, cohetes tierra/aire, bombardeo desde aviones). En la actualidad se utiliza frecuentemente una mezcla de AgI con acetona, que al ser disipada desde un avión hacia el interior de la nube ha demostrado tener buena efectividad, además de no ser contaminante. 

En Chile a mediados de la década de los años 50 se intentó estimular artificialmente las precipitaciones en lugares como Copiapó, Vallenar, Ovalle, Valparaíso y Farellones. Donde se efectuaron una serie de experimentos que no tuvieron el éxito esperado, ya que fueron hechos en forma artesanal usando quemadores poco efectivos situados en tierra. También no se tenía el conocimiento adecuado de la física de las nubes, por ejemplo, se estimularon nubes estratiformes las que no tenían las características adecuadas para ser tratadas. No fue sino hasta la década de los 60 que en el país las investigaciones interesadas en  modificar artificialmente el tiempo atmosférico tuvieron éxito gracias al trabajo de científicos australianos del S.C.I.R.O. (Scientific Commonwealth and Industrial Research Organization) quiénes, con su aporte técnico y capacitación, dieron origen al Proyecto M.E.T.A. (Modificación Experimental del Tiempo Atmosférico) desarrollado entre los años 1960 y 1970. Este Proyecto fue la antesala de los programas que desde la segunda mitad de los 70 y hasta mediados de los 90, se realizaron luego en el país. Ello permitió comprobar que, gracias a la particular orografía de Chile era sustentable la estimulación artificial de nubes. Algunos países en los que se ha realizado proyectos de siembra de nubes son Estados Unidos, Japón, Rusia e Israel, entre otros, cuyos fines son, principalmente, el de incrementar la cantidad de lluvia (tratamiento que se realiza a través de nubes individuales pertenecientes a sistemas frontales, o por ascenso orográfico de masas de aire), o también para minimizar el tamaño del granizo que cae de nubes convectivas con el fin de reducir los daños en tierra, o para despejar las nieblas frías en aeropuertos y mejorar la visibilidad en los despegues y aterrizajes. En la actualidad se llevan a cabo más de cien proyectos de modificación artificial del tiempo en decenas de países, en particular en regiones áridas y semiáridas, donde la falta de suficientes recursos hídricos limita la capacidad de estas regiones para satisfacer la demanda de alimentación y energía. Sin embargo, cabe señalar que para que estos experimentos funcionen y se tenga una siembra efectiva de nubes mediante cualquier proceso, es necesario contar con las características meteorológicas apropiadas (nubes, temperatura, agua sobre enfriada, etc.). Si no se tienen estas condiciones, no tiene sentido realizar la estimulación, ya que no se conseguirán los resultados esperados. Un experimento bien planificado, permanente en el tiempo y rigurosamente efectuado, debería arrojar resultados favorables,

consiguiendo incrementos del orden de un 5% a un 25% sobre lo que hubiese caído en forma natural (KAHAN, ROTTNER AND SENA. 1999). En países de avanzado desarrollo tecnológico, se ha calculado que el porcentaje promedio de ganancia obtenido con estos programas es de un 10%, que la precipitación que se obtendría sin sembrar (comprobada mediante métodos estadísticos o midiendo directamente la cantidad de yoduro de plata en la precipitación). Ahora bien, la estimulación artificial de las nubes busca reducir al mínimo estas pérdidas aumentando el agua caída de un sistema nuboso. El proceso de siembra puede, además, alterar el tiempo de ciertos procesos termodinámicos y, en consecuencia, modificar su distribución espacial. El concepto básico en la siembra de nubes, para iniciar e incrementar la precipitación, radica en inducir artificialmente la rápida conversión a hielo de grandes cantidades de agua sobreenfriada presente en la nube. Se puede obtener mayor impacto en la siembra, si la estimulación de unas pocas células tormentosas pudiera inducir efectos en nubes vecinas y desencadenar una estimulación generalizada. El proceso de siembra de nubes se inicia introduciendo en las nubes un nucleante apropiado, a la altura de la isoterma –5°C ó más fría, y en las zonas de máximas corrientes ascendentes, iniciándose la conversión del agua sobreenfriada en cristales de hielo, y la liberación de calor latente de fusión a razón de 80 Cal/gr, lo que produce un aumento en la temperatura del aire circundante, incrementando su velocidad vertical de ascenso. Una nube con temperaturas mas frías que la de congelación, puede que no contenga cristales de hielo, siendo muy poco eficiente en la producción de lluvia. Puede ser una nube potencial de lluvia, salvo los núcleos necesarios para precipitar. Si se introdujeran cristales de hielo en dosis y manera adecuada, la nube precipitará. Como no se puede aportar en forma continua cristales de hielo a la nube se utilizan, principalmente, dos métodos para aumentar la eficiencia del proceso: a) Hielo Seco: Este proceso consiste en inyectar hielo seco (anhídrido carbónico) en una nube subfundida, enfriando los copos de nieve que descienden, transformando en cristales de hielo las gotitas de agua sobreenfriada de la nube, debido a que la temperatura del hielo seco (que es difundido por turbulencia alrededor de la nube) es de unos –79°C. Este proceso es conocido como “Proceso Homogéneo de

Nucleación”, que también se produce en forma espontánea y natural cuando la nube alcanza temperaturas del orden de –40°C.El hielo seco sólo puede ser aplicado por vía aérea, produciendo la inmediata transformación en cristales de hielo de las gotitas de agua sobreenfriadas alrededor de la trayectoria de las partículas. No es tóxico en las concentraciones en que se utiliza, y no se conocen efectos secundarios. b) AgI: Es el método más utilizado como agente productor de núcleos. Esta es una sal de estructura cristalina equivalente a la del hielo.Al ser sembrada la nube, genera cristales de hielo en su superficie a partir del vapor de agua o de gotitas de agua sobreenfriada. Este proceso, que es el más abundante en la naturaleza, se conoce como “Proceso Heterogéneo de Nucleación”.Las partículas de AgI se producen por la combustión y el enfriamiento brusco del AgI mezclado con un material combustible autónomo (acetona). Esta técnica no tiene efecto secundario utilizado en las concentraciones usuales.La siembra con AgI se puede realizar desde una aeronave mediante quemadores, o puede ser eyectada desde la misma, con cartuchos o bengalas a la nube, con cohetes, como así también por quemadores en tierra, dejando que las corrientes de aire ascendentes sean el difusor del AgI hasta la parte superior de la nube. 

  Sembrar la nube con generadores terrestres es poco eficaz, ya que el AgI, al estar mucho tiempo en contacto con la luz, pierde sus propiedades como nucleante. Además, desde tierra es muy difícil encontrar las corrientes ascendentes y trayectorias exactas de la nube sin la ayuda de un radar meteorológico. En cambio, en la siembra área el avión puede seguir a la nube en su trayectoria, lo que la hace más efectiva, y más aún con el uso de un radar meteorológico. En nubes calientes con grandes gotas, sembrarlas con núcleos de congelamiento es poco efectivo. A través del tiempo se ha comprobado lo siguiente: Se estima que en sistemas de mal tiempo subfundidos de ascenso orográfico, el aumento de la precipitación es del orden de 10% histórico con respecto a la precipitación natural.En nubes de tipo cúmulos, el éxito de la siembra parece ser variable, según sean las condiciones atmosféricas imperantes. Se puede utilizar en la minimización del tamaño del granizo, produciendo embriones pequeños abundantes, evitando así el excesivo crecimiento de granizos gigantes y los extensos daños que producirían al caer al suelo. Para evitar la producción de rayos en la nube, se inseminan nubes de tormenta, obteniendo un número excesivo de cristales de hielo, los cuales actuarán como puentes, produciendo descargas dentro de la nube, y rebajando el gradiente de potencial eléctrico. Las nieblas y estratos bajos subfundidos, también pueden ser disipados por medio de la siembra de nubes. Los experimentos de siembras en grandes tormentas han fracasado, salvo en lugares donde había gran flujo orográfico. Tampoco se ha conseguido éxito práctico en ciclones tropicales y tornados. c) Yoduro de Plomo (PbI): El yoduro de plomo tiene características muy similares al AgI. Sin embargo, no es utilizado por la contaminación producida al liberar plomo a la atmósfera. d) Productos Orgánicos: Son agentes nucleantes como el Triclorobenceno, Melamina, Metaldeidos y otros, produciendo efectos potenciados aún en estudio. Presentan ventajas al ser biodegradables y económicos. 

e) Otros: Existen otros materiales higroscópicos adecuados para actuar como núcleos de condensación tales como la sal común, la urea y el Nitrato de Amonio. La efectividad de estos núcleos no ha sido aún debidamente comprobada.  Siembra aérea de nubes tipo. Siembra en Nubes Cumuliformes Las nubes cumuliformes se producen cuando aire caliente y húmedo cercano a la superficie se eleva, y se enfría hasta que el vapor se condensa en gotas de agua para formar la nube. El ascenso de una masa de aire es producido por el calentamiento del aire en contacto con la tierra caliente por la radiación solar, o por el paso de un frente ya sea cálido, frío ú ocluído. El AgI es utilizado sólo cuando la nube tiene temperaturas de –5°C ó más frías. El objetivo es aumentar el número de cristales de hielo en la zona sobreenfriada de la nube. Cuando estos cristales están rodeados por agua líquida, van a crecer hasta alcanzar un peso suficiente para caer, como se explicó anteriormente. En el sector de sobre-enfriamiento de la nube, las gotitas líquidas se congelan. Este proceso, multiplicado millones de veces dentro de la nube, libera cierta cantidad de calor llamado “calor de fusión”, lo que hace que la nube se haga más liviana y se expanda, aumentando su extensión especialmente en la vertical. Durante su crecimiento, aumenta la cantidad de agua, acumulándola por un período más largo de tiempo. En grandes nubes convectivas tipo cumulonimbos se forma granizo, pues estas nubes tienen fuertes corrientes ascendentes. Debido a que éstas son muy frías, se debe inyectar una mayor cantidad de AgI para que se produzca una mayor cantidad de granizo, y en tamaño más pequeño, pues al existir una mayor cantidad de núcleos en suspensión, las gotitas serán repartidas mas homogéneamente y, debido a su tamaño más pequeño podrán derretirse antes de llegar al suelo. Las nubes cumuliformes son los principales productores de precipitación en muchas regiones del mundo. Estas nubes (desde pequeños cúmulos aislados a nubes de tormenta gigantes) se caracterizan por tener aire ascendente de gran velocidad vertical con elevadas tasas de condensación. Pueden encerrar el mayor contenido de agua condensada de todos los tipos de nubes, y pueden producir las tasas más elevadas de precipitación. Los experimentos de siembra

siguen indicando que se han obtenido resultados muy diversos con la precipitación desde nubes convectivas y multicelulares. La variabilidad de las respuestas no se entiende completamente. Se emplean técnicas de intensificación de la precipitación mediante siembra glaciogénica para afectar a los procesos de la fase del hielo, y se emplean técnicas de siembra higroscópica para influir en los procesos de lluvia caliente. Los métodos de evaluación de las técnicas varían desde las mediciones directas con pluviómetros de superficie, a las estimaciones indirectas de la precipitación derivadas de los datos del radar. Ambos métodos tienen sus propias ventajas e inconvenientes. Efecto de la Siembra en Nubes de Tormenta La siembra en tormentas orográficas, se realiza en las nubes que se forman a medida que el aire húmedo se eleva y enfría. El flujo del aire es zonal sobre las montañas. Muchas de estas nubes son altamente ineficientes en la producción de lluvias, manteniendo cerca de un 90% de su contenido de agua. Pero si alguna de estas nubes frías es tratada con AgI, su eficiencia puede ser mejorada. En áreas montañosas del oeste de E. U. A., se han efectuado operaciones de siembra orográfica, y el aumento que se ha conseguido por sobre el promedio de la precipitación es del orden de un 5% a un 20%, considerado rentable por las compañías hidroeléctricas. De igual forma, se han efectuado una gran cantidad de siembras en nubes orográficas en sectores pre-cordilleranos en Chile desde Arica a Temuco con AgI, reclamando la Empresa sembradora, un incremento en la caída pluviométrica y nieve en áreas cordilleranas del orden de un 5 a un 12%. 

   REFERENCIAS: “Siembra Aérea de Nubes con Yoduro de Plata”. L. Ponce/J. Tapia.“Modification of Precipitation from Cumulus Clouds, February 1984”. WMO.“Fifth Edition Meteorology Atmosphere and the Science of weather”. J. Moran/P. Pauley