Pregunta formulada por el curso de 3º de la ESO de Aranzadi Ikastola. Bergara (Gipuzkoa)
Imagínate que estás escalando una montaña en el Himalaya. Si miras hacia abajo, a lo lejos, ves frondosos bosques; mientras que si miras hacia arriba, ves cada vez más nieve y más glaciares. Cuanto más asciendes, más notas cómo baja la temperatura. ¿Te ha pasado alguna vez? Tal vez te has dado cuenta de que ocurre incluso en verano y en días soleados…
A primera vista puede parecer extraño: al subir, estamos ligeramente más cerca del Sol, así que ¿no debería hacer más calor? Sin embargo, la realidad es justo la contraria. Para entender por qué, necesitamos conocer mejor cómo se calienta la atmósfera, qué es la presión del aire y cómo se comportan los gases.
¿Cómo se calienta el aire realmente?
Empecemos descartando una idea muy común. Aunque al subir una montaña nos alejamos del centro de la Tierra, la diferencia de distancia al Sol es mínima. La Tierra está a unos 150 millones de kilómetros del Sol, y una montaña de varios kilómetros de altura no cambia nada a esa escala. Por tanto, el descenso de temperatura no se debe a estar “más lejos” o “más cerca” del Sol.
Otra clave fundamental es entender que el aire no se calienta directamente por el Sol. La radiación solar atraviesa la atmósfera casi sin calentarla y llega hasta el suelo. El suelo absorbe esa energía y luego la emite en forma de calor (radiación infrarroja), haciendo que suba la temperatura del aire que está en contacto con él.
Por eso, el aire más caliente suele encontrarse cerca de la superficie terrestre y no en las capas altas de la atmósfera.
La presión atmosférica y la densidad
La atmósfera es una mezcla de gases que tienen masa y, por tanto, peso. A nivel del mar, el aire soporta el peso de toda la columna de aire que tiene encima, lo que produce una alta presión atmosférica. A medida que subimos en altitud, hay menos aire por encima, así que la presión disminuye. Esto hace que el aire sea menos denso, es decir, que sus moléculas estén más separadas.
Y resulta que la densidad del aire es clave para la temperatura. Cuando las moléculas de un gas están más juntas, chocan más entre sí y pueden transferir mejor la energía térmica. En cambio, cuando están más separadas, almacenan menos energía térmica.
El enfriamiento adiabático
Hemos visto, entonces, que cuando una masa de aire asciende, la presión externa disminuye. Como consecuencia, el aire se expande. Al expandirse, el gas realiza trabajo (empuja el aire que lo rodea) y utiliza parte de su energía interna para ello. El resultado es una disminución de la temperatura, incluso, aunque no se pierda calor hacia el exterior. Este proceso se llama enfriamiento adiabático y es uno de los mecanismos más importantes de la meteorología.
En términos aproximados, cuando el aire asciende sin intercambiar calor con el entorno y si que se produzca condensación, su temperatura desciende unos 9,8 °C por cada 1 000 metros (es lo que se llama gradiente adiabático seco).
Sin embargo, en la atmósfera real, lo habitual es que, durante el proceso de ascenso, se condense parte del vapor de agua que existe. En este caso, el descenso medio es de unos 6,5 °C por cada 1 000 metros, lo que se conoce como gradiente térmico vertical.
Menos efecto “manta” en altura
El aire actúa como un aislante térmico. Cuanto más denso es, mejor retiene el calor. En las zonas bajas, la atmósfera funciona como una especie de manta que impide que el calor del suelo se escape rápidamente al espacio.
En las montañas, al haber menos aire, este efecto es mucho menor. El calor se pierde con mayor facilidad, especialmente, durante la noche. Esto explica por qué las temperaturas nocturnas en alta montaña pueden ser extremadamente bajas.
El papel del suelo, la nieve y el viento
El tipo de superficie también influye. En las montañas, es frecuente encontrar roca desnuda, suelos pobres o nieve. La nieve tiene un alto albedo –medida de la capacidad de una superficie para reflejar la radiación solar–. Es decir, refleja gran parte de la radiación solar que recibe. Así, al reflejar más energía y absorber menos, el suelo se calienta poco y transmite menos calor al aire.
Por otro lado, en altura, suele haber más viento debido a las diferencias de presión y a la ausencia de obstáculos. El viento no reduce la temperatura real del aire, pero sí aumenta la pérdida de calor del cuerpo humano al eliminar la capa de aire caliente que rodea la piel. Esto provoca una sensación térmica de frío mayor, aunque los grados sean los mismos.
¿Existen excepciones?
Sí. En algunas situaciones se produce una inversión térmica, en la que el aire frío queda atrapado en los valles y el aire más cálido se sitúa por encima. En estos casos, puede hacer más frío abajo que en lo alto de la montaña. Sin embargo, estas situaciones son temporales y no cambian la regla general.
Lo habitual es que haga más frío al subir una montaña y, como hemos visto, esto ocurre porque la atmósfera se comporta de forma diferente con la altura: la presión disminuye, el aire se expande y se enfría, hay menos capacidad para retener calor y el suelo aporta menos energía térmica. Un excelente ejemplo de cómo las leyes de la física y la química influyen directamente en nuestra vida cotidiana. | @culturacientifica
