Helada

La escarcha , también llamada escarcha de radiación o pruina , se refiere a cristales de hielo blancos depositados en el suelo o ligeramente adheridos a objetos expuestos, como cables u hojas. ^{[ 4 ]} Se forman en noches frías y despejadas cuando las condiciones son tales que el calor se irradia al espacio exterior más rápido de lo que puede ser reemplazado por objetos cálidos cercanos o traído por el viento. En circunstancias adecuadas, los objetos se enfrían por debajo del punto de congelación ^{[ 5 ]} del aire circundante, muy por debajo del punto de congelación del agua. Esta congelación puede verse favorecida por efectos como la escarcha de inundación o la bolsa de escarcha . ^{[ 6 ]} Estos ocurren cuando la radiación a nivel del suelo enfría el aire hasta que fluye cuesta abajo y se acumula en bolsas de aire muy frío en valles y hondonadas. La escarcha puede congelarse en ese aire frío de baja altitud incluso cuando la temperatura del aire a pocos metros sobre el suelo está muy por encima del punto de congelación.

La palabra "hoar" proviene de un adjetivo del inglés antiguo que significa "que muestra signos de vejez". En este contexto, se refiere a la escarcha que hace que los árboles y arbustos parezcan cabello blanco.

La escarcha puede recibir diferentes nombres dependiendo del lugar donde se forme:

• La escarcha aérea es un depósito de escarcha que se forma en objetos que se encuentran por encima de la superficie, como ramas de árboles, tallos de plantas y cables.
• La escarcha superficial se refiere a los cristales de hielo con forma de helecho que se depositan directamente sobre la nieve, el hielo o superficies ya congeladas.
• La escarcha de grieta consiste en cristales que se forman en las grietas glaciares donde el vapor de agua puede acumularse en condiciones climáticas tranquilas.
• La escarcha de profundidad se refiere a cristales facetados que han crecido lentamente dentro de cavidades bajo la superficie de los bancos de nieve seca. Estos cristales crecen continuamente a expensas de los cristales más pequeños vecinos, por lo que suelen tener un aspecto escalonado y cavidades facetadas.

Cuando la escarcha superficial cubre los bancos de nieve inclinados, la capa de cristales de hielo puede crear un riesgo de avalancha ; cuando capas gruesas de nieve nueva cubren la superficie helada, los cristales peludos que sobresalen de la nieve vieja impiden que los copos caigan, formando una capa de huecos que impide que las nuevas capas de nieve se adhieran firmemente a la nieve vieja que se encuentra debajo. ^{[ 7 ]} Las condiciones ideales para que se forme escarcha en la nieve son noches frías y despejadas, con corrientes de aire frío muy ligeras que transportan la humedad a la velocidad adecuada para el crecimiento de los cristales de hielo. Un viento demasiado fuerte o cálido destruye los cristales peludos y, por lo tanto, puede permitir una unión más fuerte entre las capas de nieve vieja y nueva. Sin embargo, si los vientos son lo suficientemente fuertes y fríos como para aplanar y secar los cristales, cubriendo la nieve con cristales fríos y sueltos sin eliminarlos ni destruirlos, ni permitir que se calienten y se vuelvan pegajosos, entonces la interfaz de escarcha entre las capas de nieve aún puede presentar un peligro de avalancha, porque la textura de los cristales de escarcha difiere de la textura de la nieve, y los cristales secos no se adhieren a la nieve fresca. Estas condiciones impiden una unión fuerte entre las capas de nieve. ^{[ 8 ]}

A temperaturas muy bajas, donde se forman cristales de escarcha superficial sin que posteriormente se cubran de nieve, los fuertes vientos pueden desprenderlos, formando una nube de partículas de hielo que se dispersa sobre la superficie. Esta nube de hielo puede entonces formar yukimarimo , como se ha observado en algunas zonas de la Antártida, en un proceso similar a la formación de pelusas y estructuras parecidas.

La escarcha y la escarcha blanca también se producen en entornos artificiales, como congeladores o cámaras frigoríficas industriales . Si estos espacios fríos o las tuberías que los abastecen no están bien aislados y se exponen a la humedad ambiental, la humedad se congelará instantáneamente según la temperatura del congelador. La escarcha puede cubrir las tuberías con una capa gruesa, aislándolas parcialmente, pero este aislamiento deficiente sigue siendo una fuente de pérdida de calor.

La escarcha por advección (también llamada escarcha de viento ) se refiere a las diminutas espículas de hielo que se forman cuando un viento muy frío sopla sobre las ramas de los árboles, postes y otras superficies. Se asemeja a un borde en los pétalos de las flores y las hojas, y generalmente se forma en dirección opuesta al viento . Puede ocurrir a cualquier hora del día o de la noche.

La escarcha en las ventanas (también llamada escarcha de helecho o flores de hielo ) se forma cuando un panel de vidrio se expone a aire muy frío en el exterior y a aire más cálido y moderadamente húmedo en el interior. Si el panel no aísla bien ( por ejemplo, si es una ventana de un solo panel), el vapor de agua se condensa en el vidrio, formando patrones de escarcha. Con temperaturas exteriores muy bajas, la escarcha puede aparecer en la parte inferior de la ventana incluso con ventanas de doble panel de alta eficiencia energética, ya que la convección del aire entre los dos paneles de vidrio asegura que la parte inferior de la unidad de acristalamiento esté más fría que la parte superior. En vehículos sin calefacción, la escarcha generalmente se forma primero en la superficie exterior del vidrio. La superficie del vidrio influye en la forma de los cristales, por lo que las imperfecciones, los arañazos o el polvo pueden modificar la forma en que se nuclea el hielo . Los patrones de la escarcha en las ventanas forman un fractal con una dimensión fractal mayor que uno, pero menor que dos. Esto es consecuencia de que el proceso de nucleación se vea restringido a desarrollarse en dos dimensiones, a diferencia de un copo de nieve, que se forma mediante un proceso similar, pero se desarrolla en tres dimensiones y tiene una dimensión fractal mayor que dos. ^{[ 9 ]}

Si el aire interior es muy húmedo, en lugar de moderadamente húmedo, el agua primero se condensa en pequeñas gotitas y luego se congela formando hielo transparente .

Pueden producirse patrones de congelación similares en otras superficies verticales lisas, pero rara vez son tan evidentes o espectaculares como en el vidrio transparente.

La escarcha blanca es una deposición sólida de hielo que se forma directamente sobre las superficies nevadas a partir del vapor de agua contenido en el aire. ^{[ 10 ]}

La escarcha blanca se forma cuando la humedad relativa supera el 90 % y la temperatura es inferior a -8  °C (18  °F), y crece en contra de la dirección del viento, ya que el aire que llega de barlovento tiene mayor humedad que el aire de sotavento. Sin embargo, el viento no debe ser fuerte, pues de lo contrario dañaría las delicadas estructuras de hielo a medida que se forman. La escarcha blanca se asemeja a una gruesa capa de escarcha con grandes cristales entrelazados, generalmente en forma de aguja.

La escarcha es un tipo de deposición de hielo que se produce rápidamente, a menudo en condiciones de alta humedad y viento. ^{[ 11 ]} Técnicamente hablando, no es un tipo de escarcha, ya que generalmente intervienen gotas de agua subenfriada , a diferencia de la formación de escarcha, en la que el vapor de agua se desublima lenta y directamente. Los barcos que navegan por los mares árticos pueden acumular grandes cantidades de escarcha en el aparejo. A diferencia de la escarcha, que tiene una apariencia plumosa, la escarcha generalmente tiene una apariencia sólida y helada.

La escarcha negra (o "escarcha mortal") no es, estrictamente hablando, escarcha, ya que se trata de la condición que se observa en los cultivos cuando la humedad es demasiado baja para que se forme escarcha, pero la temperatura desciende tanto que los tejidos vegetales se congelan y mueren, ennegreciéndose; de ​​ahí el término "escarcha negra". A menudo se la denomina "escarcha mortal" porque la escarcha blanca tiende a ser menos fría, en parte porque el calor latente de congelación del agua reduce el descenso de temperatura. ^{[ 12 ]}

Muchas plantas pueden resultar dañadas o morir a causa de las temperaturas bajo cero o las heladas. Esto varía según el tipo de planta, el tejido expuesto y la intensidad de las bajas temperaturas; una helada ligera de entre -2 °C y 0 °C (28 °F y 32 °F) daña menos tipos de plantas que una helada intensa por debajo de -2 °C (28 °F) . ^{[ 13 ] [ 14 ]}    

Las plantas que probablemente se dañen incluso con una helada ligera incluyen las vides, como las judías, las uvas, las calabazas y los melones, así como las solanáceas, como los tomates, las berenjenas y los pimientos. Las plantas que pueden tolerar (o incluso beneficiarse de) las heladas incluyen: ^{[ 15 ]}

• hortalizas de raíz (por ejemplo, remolachas, zanahorias, chirivías, cebollas)
• verduras de hoja verde (por ejemplo lechugas, espinacas, acelgas, pepinos ^{[ 16 ]} )
• Verduras crucíferas (por ejemplo, repollo, coliflor, bok choy, brócoli, coles de Bruselas, rábanos, col rizada, berza, mostaza, nabos, colinabos)

Incluso aquellas plantas que toleran las heladas pueden sufrir daños cuando las temperaturas bajan aún más (por debajo de −4 °C o 25 °F ). ^{[ 13 ]} Las plantas perennes resistentes, como Hosta , entran en letargo después de las primeras heladas y vuelven a crecer cuando llega la primavera. Toda la planta visible puede volverse completamente marrón hasta que llegue el calor de la primavera, o puede perder todas sus hojas y flores, dejando solo el tallo y el pedúnculo. Las plantas de hoja perenne, como los pinos, resisten las heladas aunque todo o la mayor parte de su crecimiento se detiene. El agrietamiento por helada es un defecto de la corteza causado por una combinación de bajas temperaturas y el calor del sol invernal.  

La vegetación no necesariamente sufre daños cuando la temperatura de las hojas desciende por debajo del punto de congelación de su contenido celular. En ausencia de un punto de nucleación para la formación de cristales de hielo, las hojas permanecen en estado líquido superenfriado , alcanzando de forma segura temperaturas de entre -4 y -12 °C (25 y 10 °F) . Sin embargo, una vez que se forma la escarcha, las células de las hojas pueden dañarse por los afilados cristales de hielo. El endurecimiento es el proceso mediante el cual una planta se vuelve tolerante a las bajas temperaturas. Véase también Criobiología .  

Ciertas bacterias , en particular Pseudomonas syringae , son especialmente eficaces para desencadenar la formación de escarcha, elevando la temperatura de nucleación a aproximadamente −2 °C (28 °F) . ^{[ 17 ]} Las bacterias que carecen de proteínas activas para la nucleación del hielo ( bacterias sin hielo ) provocan una reducción considerable del daño por heladas. ^{[ 18 ]}  

Las medidas típicas para prevenir las heladas o reducir su gravedad incluyen una o más de las siguientes:

• Desplegar potentes sopladores para simular el viento, evitando así la formación de acumulaciones de aire frío. Hay variaciones sobre este tema. Una variedad es la máquina de viento, una hélice accionada por motor montada en un poste vertical que sopla aire casi horizontalmente. Las máquinas de viento se introdujeron como método de protección contra las heladas en California durante la década de 1920, pero no se generalizaron hasta las décadas de 1940 y 1950. Ahora, se utilizan comúnmente en muchas partes del mundo. ^{[ 19 ]} Otra es el sumidero invertido selectivo , ^{[ 20 ]} un dispositivo que previene las heladas al extraer aire frío del suelo y expulsarlo a través de una chimenea. Originalmente se desarrolló para prevenir daños por heladas en los cítricos en Uruguay . En Nueva Zelanda, se utilizan helicópteros de manera similar, especialmente en las regiones vitivinícolas como Marlborough . Al arrastrar aire más cálido de las capas de inversión y evitar que el aire más frío se acumule en el suelo, los helicópteros que vuelan a baja altura evitan daños a los brotes frutales. Como las operaciones se realizan de noche y en el pasado han involucrado hasta 130 aeronaves por noche en una región, las normas de seguridad son estrictas. ^{[ 21 ]} Aunque no es un método específico, las turbinas eólicas tienen un efecto similar (aunque menor) de mezcla vertical de capas de aire de diferente temperatura. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}
• Para cultivos de alto valor, los agricultores pueden envolver los árboles y utilizar cubiertas físicas para los cultivos.
• Para cultivos de alto valor que se cultivan en áreas pequeñas, puede resultar práctico utilizar la calefacción para ralentizar el descenso de la temperatura.
• La producción de humo para reducir el enfriamiento por radiación se considera ahora de escaso beneficio. ^{[ 25 ]}
• Rociar los cultivos con una capa de agua. Este método, eficaz y de bajo costo para pequeñas explotaciones agrícolas y viveros, aprovecha el calor latente de la congelación . Un temporizador de riego pulsado ^{[ 26 ]} suministra agua a través de aspersores aéreos existentes a bajo volumen para combatir las heladas hasta -5 °C (23 °F) . ^{[ 26 ] [ 27 ]} El agua libera calor latente al congelarse, impidiendo que la temperatura del follaje descienda muy por debajo de cero. ^{[ 27 ]}  

Estas medidas deben aplicarse con cautela, ya que pueden causar más daño que beneficio; por ejemplo, rociar los cultivos con agua puede provocar daños si las plantas se sobrecargan de hielo.