¿Por qué llueve? Parece una cuestión simple: el agua se evapora, el vapor forma nubes y las gotas caen de regreso a la superficie. El problema es que el vapor no forma las nubes y estas no están obligadas a que su interior caiga en forma de lluvia. En realidad, los científicos no saben con precisión por qué existe la lluvia y cuáles son los procesos que permiten que ocurra. Te contamos lo que sí sabemos de la lluvia y por qué aún hay tantos misterios alrededor de su formación.

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La sustancia más extraña del universo: ¿qué es el agua y cuál es su relación con la vida?

La Tierra es el único lugar conocido del universo donde llueve agua líquida. Conocemos planetas donde llueve ácido sulfúrico, como Venus, o donde llueve metales o donde llueve amoniaco. También sabemos de planetas y lunas donde nieva, pero, hasta ahora, nuestros telescopios no han encontrado un solo sitio donde el agua líquida caiga desde el cielo.

Estamos tan acostumbrados a este fenómeno único en el cosmos que muchos ven la lluvia como una molestia, cuando es, en realidad, el proceso esencial que permitió que la vida medrara por todo el planeta y cubriera su superficie.

Para no pocos científicos, el agua es la sustancia más extraña del universo. Su comportamiento contradice varias ideas elementales sobre la física. Una muy conocida es que es más densa cuando está en forma líquida que en su versión sólida.

Esto permite que que el hielo flote por encima del agua, como podemos apreciar en el Polo Norte o en un vaso con hielos. Otra rareza del agua: pese a que no le gusta interactuar químicamente con otras sustancias, el agua es el “solvente universal”.

Como explica Manuel Guerrero en El agua (FCE, 2006), los alquimistas de la antigüedad buscaron exhaustivamente un líquido que pudiera diluir a todos los demás y lo más parecido que encontraron en la naturaleza fue el agua. Esta característica es indispensable para la vida, pues le permite llevar dentro de nuestro cuerpo los nutrientes que necesitamos para sobrevivir sin interactuar con ellos.

El ciclo del agua en la Tierra

El agua que tomamos todos los días y que usamos para lavar nuestros alimentos y en la que nadamos cuando vamos a la playa no se formó en la Tierra, sino en lo profundo del espacio. Desde épocas tempranas del cosmos, los átomos de hidrógeno encontraron una gran afinidad con los de oxígeno.

Nuestro planeta tiene aproximadamente 5 mil millones de años de edad, pero el agua que tomamos es mucho más antigua. El consenso actual es que llegó a la Tierra poco después de su formación a bordo de meteoritos que chocaron hasta dejar los mil 358 millones de kilómetros de agua que hay en la superficie.

Esta agua circula una y otra vez a lo largo del tiempo: desde los lagos y los mares se evapora, se condensa en el cielo hasta formar nubes y posteriormente se precipita en forma de lluvia. Una vez de regreso a la superficie, se infiltra en el suelo y pasa por los ríos hasta repetir el ciclo.

La lluvia es mucho más complicada de lo que imaginamos

Sin embargo, hay un paso en el ciclo del agua que es mucho más complejo de lo que creemos. La lluvia tiene varios pasos intermedios que aún no conocemos. Al respecto, Berenice Pérez, del Servicio Meteorológico Nacional (SMN) explicó en exclusiva a N+ uno de los errores más comunes sobre nuestra concepción de las nubes:

Para que pueda producirse la lluvia necesitamos que se formen las nubes. Para que nosotros podamos tener la formación de nubes necesitamos tener gotitas; generalmente hemos escuchado que las nubes están formadas por vapor de agua. Pero esto es un error, porque el agua en estado gaseoso no es visible.

Las nubes no surgen del vapor. Como prueba está el hecho de que un ambiente puede saturarse de humedad sin que se formen nubes. Para que estas aparezcan se necesita un ingrediente adicional: un partícula sobre la cual se condense el agua y pase de estado líquido a gaseoso. A esta partícula le llamamos núcleo de condensación. Al respecto, Berenice Pérez, quien es maestra en Ciencias de la Tierra por la UNAM, explica:

Entonces necesitamos un cambio de fase para que podamos ver las gotitas o los cristales de hielo. Este proceso se llama nucleación. Para que ocurra el cambio de fase de gas a líquido o de gas a sólido necesitamos una partícula que se llama núcleo de condensación. Con esa partícula, el vapor de agua puede adherirse a su superficie y entonces dar origen a una gotita.

Sal de mar, arena, polvo: todas estas partículas pueden servir como núcleo de condensación y formar nubes. Pero hay un detalle: las gotitas que nacen al interior de las nubes tienen apenas unas micras de grosor, su tamaño es apenas inferior al de una célula. Berenice Pérez lo explica de la siguiente forma:

Hay dos procesos para que esto ocurra: uno se llama colisión y el otro se llama coalescencia. Estos dos procesos son muy importantes dentro del interior de la nube. La colisión es simplemente que dentro de la dinámica de como del movimiento de estas gotitas dentro de la nube, pues están chocando unas con otras. La coalescencia es cuando estas gotitas logran unirse, chocan y logran unirse, entonces van incrementando los tamaños de las gotas dentro. El tamaño máximo que puede alcanzar una gota dentro de una nube es de 6 milímetros.

En realidad, nadie sabe por qué hay lluvia

Al interior de la nube esta ínfima gota medida en micras debe crecer hasta alcanzar los varios milímetros de diámetro. El problema es que esto implica que su volumen crezca varios millones de veces y, aunque entendemos bien la dinámica de colisiones que hay dentro de las nubes, en realidad todavía no sabemos por qué ocurre esto.

Dicho de otro modo: en el fondo, los científicos todavía no saben por qué llueve, pues hay misterios de lo que ocurre dentro de las nubes que no han sido resueltos. Esto se debe principalmente, a que nuestras simulaciones y experimentos aún no consiguen comprender la totalidad de los fenómenos que pasan al interior de las nubes. Berenice Pérez explica:

Lo que ocurre es que la física de nubes es una ciencia sumamente compleja y hay un gran misterio porque gran parte de las parametrizaciones que se tienen en los modelos que ayudan a explicar la dinámica interna de las nubes, tienen que asumir ciertas cosas. Asumes, por ejemplo, que la gota es una esfera, cuando no es así precisamente. Asumes también cierta densidad de las gotas, cuando la densidad puede no ser homogénea, tienes que asumir ciertas características para que tú puedas poner esos datos en la entrada de los modelos y te ayude a tener como un resultado para estudiar ciertos procesos físicos en específico.

Y añade:

Todavía existen muchos misterios de la dinámica, en particular de la física de nubes.

A decir de la meteoróloga, esto se debe a que los científicos deben lidiar con limitantes que no se han podido sortear:

[Hay limitantes] tanto en el sentido práctico, por ejemplo de laboratorios que se dediquen específicamente a hacer estudios sobre física de nubes; o por la otra parte, está también la cuestión matemática que toda la física tiene una parte matemática que tiene alta complejidad.

La próxima vez que una tormenta nos sorprenda sin paraguas, acaso valga la pena recordar que en la Tierra ocurre un fenómeno único, la lluvia de agua líquida, y que nadie ha podido comprenderla aún a cabalidad. Siempre cabe la posibilidad de que sea el lector quien tiene la respuesta, como concluye Berenice Pérez:

Eso es muy cierto [que aún no sabemos todo sobre la lluvia], eso es muy cierto y es muy bonito, porque eso significa que todavía hay mucho camino por explorar. Ojalá que a la gente que le interese estudiar específicamente los procesos de de lluvia o de la formación de nubes, pues todavía hay mucho camino que recorrer.

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