La siembra de nubes

Sembrar nubes para que llueva, para disponer de sistema antigranizo, para evitar la nieve, la niebla y la contaminación se ha convertido en un negocio más. Se inseminan nubes con yoduro de plata (AgI), hielo seco (CO2 congelado), propano líquido, polvo de feldespato, etc. para crear núcleos de condensación de hielo, la formación de gotas de agua, a partir del vapor de agua de la nube. Un proceso que depende de muchos factores, para ser eficaz y económico. El agua es necesaria para la vida en nuestro planeta.

Cuando las partículas de hielo se forman en nubes sobreenfriadas pueden crecer a expensas de las gotas de líquido. Si hay crecimiento suficiente, las partículas se vuelven lo suficientemente pesadas como para caer en forma de nieve (precipitación de pequeños cristales de hielo), o aguanieve, o si se fusionan, en forma de lluvia. Las gotas aumentan de tamaño hasta alcanzar el punto en que se precipitan por la fuerza de gravedad. El origen de la lluvia es sencillo: es la condensación del vapor de agua, contenido en las masas de aire, que se origina, cuando dichas masas de aire son forzadas a elevarse y enfriarse.

No basta que el aire esté saturado de humedad (humedad relativa 100x100), ha de haber además núcleos de condensación, que puede ser un grano de polvo mineral, talco, hielo seco, etc. Esos núcleos, pese a ser sólidos, quedan en suspensión en el aire, son desplazados por los vientos, y no caen, como las gotas. Se pueden contar 500 por cm³. 1m³ de nube apenas contiene 3 gramos de agua. El núcleo de condensación permite al vapor de agua recuperar su estado líquido. La saturación del aire se alcanza por enfriamiento, ya que el aire frio se satura con menor cantidad de vapor de agua que el aire caliente. 1 m³ de aire a 25 °C con 11 gramos de vapor de agua no está saturado, pero si lo enfriamos a 10 °C se satura y puede llover.

La precipitación se mide en mm, que equivale al espesor de la lámina de agua, que se forma sobre una superficie plana e impermeable. Desde 1980 se ha popularizado la medición de la lluvia por medio del radar meteorológico, un radar conectado a un modelo matemático, que permite determinar la lluvia en una zona en tiempo real.

Las semillas de siembra pueden ser dispersadas por el avión en la base de la nube, o desde tierra con un cañón vertical, aprovechando la corriente de aire ascendiente. Éxito del yoduro de plata, con una estructura cristalina parecida a la del hielo. Induce la nucleación de cristales de hielo. Es un polvo amarillo, insoluble en agua. No presenta riesgos. Tiene un peso molecular de 234,77 g/mol. El rocío no es lluvia, es una forma de condensación del vapor de agua en contacto con el frío suelo.

Vincent Schaefer descubrió el principio de la siembra de nubes en 1946 casualmente. Apoyado por el Premio Nobel Irving Langmuir intentó con muchos agentes químicos (AgI, talco, cristales de hielo seco – CO2) estimular el crecimiento de cristales de hielo en la nube. Encontró que en la nube subenfriada hay agua líquida hasta -40 °C. Es el límite. A más frio solo existe el hielo, el granizo. V.Schaefer logró provocar nevadas en el oeste de Massachusetts después de dispersar desde una avioneta 3 kg de hielo seco en la nube.

Francia comenzó la lucha antigranizo hacia la década de los 50, para salvar cosechas. En España tenemos el Consorcio por la lucha antigranizo y la Asociación Ecológica Avionetas del Moncayo, de Aragón. En Baviera, Alemania, hay una comarca de vinos, y la protegen con el sistema antigranizo. Cuando una nube de verano amenaza con una tormenta de granizo, si es sembrada con hielo seco en el momento oportuno, se inicia la lluvia, y se evita la caída de granizo, o al menos, las piedras de hielo que caen son de menor tamaño, y causan menor daño a las cosechas de frutales. Las imágenes de radar doppler (1985, con ondas de 5 cm) pueden informar de la localización de la zona de granizo en la gran nube de tormenta. Disponemos de 2 tipos de radar: el de banda S (de 2 a 4 GHz, con ondas de 8-15 cm) y el de banda C (de 4 a 6 Ghz, microondas), aunque es mejor el radar para observar la nube de tormenta. La reflectividad del eco es proporcional a la sexta potencia del diámetro de la gota de lluvia.

En el mes de julio de 2013 en Lleida cayeron algunos granizos del tamaño de una pelota de ping-pong, con fuertes vientos verticales, típicos de la gran tormenta. Se trataba de un cumulonimbus de unos 15.000 m de altitud, con cima plana. Con fuertes corrientes de aire ascendente las gotas de agua se convierten en hielo en las zonas altas de la nube con temperaturas por debajo de 0 °C. Al ganar peso las gotas van cayendo, arrastrando en su caída otras gotas, que incrementan el tamaño inicial. En invierno no hay granizadas, porque la diferencia de temperaturas entre la cima y la base de la nube es mucho menor, el resultado es una nevada. La previsión meteorológica espera un aumento de tormentas de granizo en años venideros.

La manzana leridana dañada por el granizo solamente se puede vender para hacer zumo. Los quemadores antiguos de yoduro de plata, junto a los árboles, no resuelven el problema, hace falta la avioneta para sembrar.

La avioneta con AgI avanza hacia la tormenta que se acerca, el cumulonimbus, y enfrente de ella la siembra. Las corrientes de aire ascendentes de la nube transportan el AgI hacia arriba, hacia las temperaturas más bajas (Ver gráfico 1). Austria en 1981-2000 utilizó el AgI para prevenir granizadas en los Alpes. El granizo se combate también con cañón vertical, de unos 6 m, desde tierra, que emite ondas de choque. Funciona con explosiones de gas acetileno y aire, con ondas que se desplazan a la velocidad del sonido, e interfieren en la cristalización del granizo. Como resultado dan lluvia, o granizo blando, en lugar del granizo macizo. Pero el cañón ha de funcionar entre 5 y 20 minutos antes de la caída del granizo; eso obliga a actuar en contacto con el Servicio Meteorológico y sus satélites.

El mayor sistema de siembra de nubes del mundo lo tiene China, porque aumenta la precipitación en las zonas áridas, incluida Pekín. Disparan cohetes con AgI hacia la base de la nube. Hay conflictos políticos de regiones vecinas que acusan de robar lluvia. En 2013 hay 24 países que usan la siembra de nubes. En febrero 2009 hubo una nevada artificial de 3 días en Pekín gracias al AgI.

Los feldespatos son un grupo de minerales, abundantes en la corteza terrestre, rocas de un sistema ternario compuesto de ortoclasa, albita y anortita. La estructura de los feldespatos se puede describir como un armazón de silicio y aluminio, con bases álcali y metales alcalinotérreos. El feldespato potásico (3% del polvo) es el mejor catalizador en teoría, pero en la práctica no desplaza al AgI en la siembra de nubes a -15 °C. Llueve porque las nubes tienen núcleos de condensación, sin tener que sembrarlas con AgI o hielo seco. Al analizar ese polvo mineral de la atmósfera, observamos que el potasio es el elemento que más contribuye a la formación del núcleo cristal de hielo. Es el aerosol atmosférico más útil para nosotros. El polvo en la atmósfera se ha duplicado durante el siglo XX.

James D.Atkinson y colaboradores han expuesto sus resultados en Nature, 20 Junio 2013- 355-357, que resumimos aquí. Han hecho pruebas de laboratorio con aerosoles naturales, han congelado gotas de agua, de tamaño de un micrómetro y de un milímetro conteniendo núcleos de condensación a la temperatura de las nubes de fase mixta (vapor de agua, agua y hielo) 250-265 kelvin.

El aerosol es una partícula líquida o sólida, dispersa en un gas, el aire. Se han llevado la sorpresa de que el feldespato rico en potasio es el mineral más activo para formar núcleos de hielo, aunque su presencia en el polvo mineral sea de solo un bajo porcentaje. Los gases ácidos, como S0₂ pueden convertir la superficie de los granos de feldespato en un mineral de arcilla. Si la nube se encuentra a una temperatura superior a -15°C el feldespato es menos importante. El hallazgo tiene aplicaciones en ingeniería: congelación-almacenamiento de tejidos biológicos y alimentos. Permite impedir que el hielo se acumule en las alas de un avión, o la congelación de tuberías. El estudio de los aerosoles atmosféricos, incluido el polvo, partículas inorgánicas, es prometedor, pero no todas las clases de polvo son iguales.

En el polvo los minerales de arcilla son dominantes (2/3 partes), pero no son importantes en la formación del núcleo de hielo. La arcilla es un agregado, un silicato hidratado de alúmina, indispensable en cerámica. Los componentes del polvo de arcilla son: caolinita,13%, montmorillonita 2%, cloritas 3%, mica 44%, cuarzo 16%, feldespato de sodio y calcio 8%, feldespato potásico 3%, calcita 3%.

La siembra de yoduro de plata y nieve carbónica continuará, las cosechas las necesitan.

Referencias bibliográficas

• Atkinson, J. The importance of feldspar for ice nucleation by mineral dust in mixed-phase clouds. Nature 20 june 2013. 355-357.
• Koop, T. The seeds of ice in clouds. Nature 20 June 2013,303-303.
• Harris, E. Nature gets a helping hand as now blankets Beijing. Aquatic Toxicology May 2000.
• Howell, M. Environmental impacts of precipitation management. American Meteorological Society. 58, 2003.