Caracterización de los cristales de hielo formados a partir de gotas congeladas

E. E. AVILA; M. L. LOPEZ; R. E. BÜRGESSER; N. E. CASTELLANO

Montevideo

Congreso; 96ª Reunión Nacional de la Asociación Física-SUF; 2011

Asociación Física Argentina - Sociedad Uruguaya de Física

Los cirrus están compuestos por cristales de hielo no esféricos, que adquieren diversas formas geométricas. El intervalo de tamaño de los cristales es variable entre 10 y 4000 μ m de radio, en el tope y la base de la nube, respectivamente (Baran, 2009). La determinación precisa de la forma y el tamaño de los cristales de hielo adquiere importancia en el cálculo de las propiedades ópticas de los cirrus, estas últimas necesarias para la incorporación de este tipo de nube en estudios de transferencia radiativa (Liou, 2002). El objetivo de este trabajo es el de contribuir a la determinación de las formas y tamaños de los cristales de hielo generados a partir de la congelación de gotas a -40°C. A los fines establecer diferencias entre las características de los cristales de hielo formados a -40°C y las gotas a partir de las cuales se generan, se estudiaron la forma y el tama?no tanto de cristales como de gotas. Es por ello que, en laboratorio, se produjeron nubes a -30°C y -40°C, y se colectaron muestras de gotas y cristales, respectivamente. La colección se realizó sobre placas de vidrio pintadas con una solución de Formvar al 3% en cloroformo. Al colocar las muestras a temperatura ambiente, el solvente se evaporó y las huellas de las gotas y cristales colectados se hicieron visibles en el Formvar. Mediante la observación de estas huellas en un microscopio y la utilización del soft ImageJ fue posible determinar el espectro de tamaño de gotas y cristales, y su relación de aspecto. Este último parámetro se define como la relación entre el alto y el ancho de una determinada imagen, y en este trabajo se utilizó como una medida de la deformación que se produce durante el congelamiento de las gotas. Del análisis de las muestras colectadas a -30°C se encontró que el diámetro efectivo medio de las gotas es de 15 μm, con una desviación estándar de 7 μm. Los valores correspondientes a los cristales generados a -40°C son 14 μm y 6 μm. El número total de mediciones fue 3000 para cada temperatura. Tal como se infiere de las medidas de posición y dispersión, ambas poblaciones no presentan diferencias significativas, por lo que el congelamiento de las gotas no modifica su tamaño. Sin embargo, al cuantificar la relación de aspecto se encontró que la media y la desviación estándar correspondiente a las gotas es 1,04 y 0,03, mientras que las medidas respectivas correspondientes a los cristales son 1,2 y 0,2. El valor de relación de aspecto que presentan las gotas es cercano a la unidad, lo que indica que su forma es fundamentalmente esférica. El valor medio de la relación de aspecto de los cristales es indicativo de que éstos se alejan de la forma esférica. La diferencia significativa entre ambas poblaciones de datos indica que el congelamiento de las gotas a -40°C provoca una deformación importante de las mismas.Liou K.N. (2002): An Introduction of Atmospheric Radiation, 2nd Edition, Academic Press.Baran A.J. (2009): A review of the light scattering properties of cirrus. Journal of Quantitative Spectroscopy & RadiativeTransfer 110, 1239-1260.