Uma nuvem típica pode conter centenas de toneladas de água

Um cúmulo de tempo bom pode conter cerca de 500 toneladas métricas de água líquida se tiver aproximadamente 1 km³ de volume. Essa estimativa vem de cerca de 0.5 g de água líquida por metro cúbico, multiplicados por todo o volume da nuvem; a estimativa do peso das nuvens do Serviço Geológico dos Estados Unidos (abre em uma nova guia) usa esse tipo de cálculo.

Esse total parece uma quantidade de água prestes a cair. Mas a estimativa contabiliza água líquida dispersa em minúsculas gotículas, não uma poça ou uma massa sólida. O restante do volume da nuvem é ar, e esse ar é importante para explicar por que as gotículas permanecem suspensas.

Primeiro, calcule o volume da nuvem

As nuvens têm topos irregulares, bases mais planas e bordas que se dissipam no céu limpo. Para fazer uma estimativa prática, imagine um cúmulo de tempo bom com cerca de 1 km de largura, 1 km de profundidade e 1 km de altura. Considerá-lo um cubo resulta em um volume de cerca de 1 km³, ou 1 bilhão de m³. O guia sobre nuvens do Serviço Nacional de Meteorologia dos Estados Unidos (abre em uma nova guia) explica como o ar úmido ascendente forma nuvens.

Esse modelo desconsidera as diferenças dentro da nuvem: algumas partes contêm mais gotículas que outras, enquanto as bordas tênues se misturam ao ar ao redor. Aplicar um teor médio de água a todo o volume facilita a conta, sem afirmar que todas as partes da nuvem têm a mesma aparência ou contêm a mesma quantidade de água.

É fácil imaginar uma extensão de 1 km ao compará-la com um ponto de referência. O Burj Khalifa tem 828 m (2,720 ft); se colocássemos essa torre ao lado da largura estimada da nuvem, ela não chegaria bem de um lado ao outro. A extensão horizontal da nuvem é uma ampla área no céu, não uma torre erguida no chão.

Marcos naturais dão outra noção de escala. A duna Big Daddy tem 325 m (1,070 ft) de altura, cerca de 2.8 vezes a altura de Hyperion, uma sequoia-vermelha de 116 m (380 ft). Suas silhuetas diferentes ajudam a comparar a extensão de um quilômetro da nuvem com alturas medidas a partir do chão.

Multiplique o volume pela quantidade de água nele

O modelo atribui cerca de 0.5 g de água líquida (abre em uma nova guia) a cada metro cúbico. Multiplique essa quantidade pelos 1 bilhão de m³ da nuvem: 0.5 g/m³ × 1,000,000,000 m³ = 500,000,000 g. Isso equivale a 500,000 kg, ou cerca de 500 toneladas métricas de água líquida.

Outra maneira de acompanhar o cálculo é imaginar a nuvem dividida em cubos com 1 m de cada lado. Cada cubo contém apenas meio grama de água, mas o modelo inclui 1 bilhão desses metros cúbicos. Uma pequena quantidade repetida em um volume enorme resulta em um total elevado.

Esse é o mesmo método básico usado nas dicas de estimativa: escolha um volume, estime quanto há em cada unidade dele e, depois, multiplique. O resultado é uma estimativa apenas da água líquida. Ela não contabiliza o ar que ocupa o mesmo espaço.

A nuvem também contém uma enorme quantidade de ar

Perto do nível do mar, um metro cúbico de ar tem massa de cerca de 1.2 kg (abre em uma nova guia). Portanto, os 1 bilhão de m³ do modelo conteriam cerca de 1.2 bilhão de kg de ar, ou 1.2 milhão de toneladas métricas. Isso equivale a aproximadamente 2,400 vezes a massa estimada da água líquida.

As gotículas estão misturadas ao ar; elas não o substituem. O ar úmido também pode ser menos denso que o ar mais seco ao redor, como explica o Serviço Geológico dos Estados Unidos. O vapor de água é mais leve que as moléculas de nitrogênio e oxigênio que desloca, e as diferenças de temperatura também influenciam se o ar sobe ou desce.

Assim, a nuvem não fica suspensa por causa de uma casca oculta. Ela é uma região da atmosfera onde gotículas de água são carregadas pelo ar em movimento. A massa total de água pode ser grande, embora cada parte da nuvem continue sendo uma névoa fina dentro de um volume de ar muito maior.

Por que centenas de toneladas de água não caem de uma vez

Uma gotícula típica de nuvem tem cerca de 20 micrômetros de diâmetro (abre em uma nova guia). Um fio de cabelo humano tem cerca de 70 µm de largura, então cada gotícula é muito menor que um fio conhecido. A gravidade puxa as gotículas para baixo, mas seu tamanho minúsculo faz com que a resistência do ar reduza a velocidade de queda; correntes ascendentes e turbulência podem mantê-las em movimento junto com o ar.

As nuvens se formam quando o ar úmido sobe e esfria, permitindo que a água se condense em gotículas. Onde o ar se movimenta ou fica mais seco, as gotículas evaporam e a borda visível se dissipa. O topo branco e bem definido de um cúmulo e sua borda irregular são sinais de mudanças no ar e na umidade, não de um contorno fixo.

Quando as gotículas ou partículas de gelo crescem o bastante, podem cair como chuva ou outro tipo de precipitação. Esse processo é diferente da sustentação de aeronaves e balões, que depende da flutuabilidade dentro de um envelope. Uma nuvem não tem envelope; suas gotículas viajam com o ar ao redor.

Observe um cúmulo do chão: seu topo branco se destaca contra o céu azul, enquanto sua borda irregular vai ficando mais tênue até a névoa desaparecer de vista.