¿Por qué hace frío por la noche en los desiertos calientes?

Variaciones extremas de temperatura en los desiertos y muy bajas en algunas islas. explicaciones físicas.

Desiertos como el Sahara, el Kalahari o el gran desierto australiano son lugares de amplitudes térmicas muy fuertes a lo largo del día.

Mientras que la temperatura puede alcanzar los cincuenta grados bajo un sol abrasador del Sahara en una ciudad como Djanet en Argelia, puede bajar unos treinta grados la noche siguiente.

¿Cómo es que en algunos lugares, como las islas en medio del océano, la temperatura apenas varía entre el día y la noche, mientras que en otros, como los desiertos, la variación de temperatura es tan fuerte?

Conducción, convección y radiación.

La transferencia de calor se lleva a cabo de tres maneras. Conducción, que corresponde a una transferencia de calor en la materia de altas a bajas temperaturas, convección, que es una transferencia de calor asociada a un movimiento de fluido y radiación, que corresponde a una transferencia de ondas electromagnéticas entre cuerpos calentados. Para tener en cuenta el intercambio de calor, también es necesario tener en cuenta la inercia térmica, que designa la capacidad de un material para almacenar calor.

El balance de calor en los desiertos está fuertemente dominado por los intercambios radiativos (vinculados a la radiación térmica). En la Tierra, la principal fuente de energía proviene del sol, que es un cuerpo cuya temperatura superficial es de 6000°C y que emite radiación en el rango visible.

Durante el día, en ausencia de nubosidad como en cualquier punto de la superficie del planeta, el suelo del desierto recibe y absorbe la radiación térmica del sol. Como cualquier cuerpo calentado a temperaturas ordinarias, el suelo calentado emite principalmente en el rango infrarrojo e irradia hacia la atmósfera terrestre y el cielo. Sin embargo, si la atmósfera de la Tierra es bastante transparente para la radiación visible, no es así para la radiación infrarroja. La atmósfera evita que parte de esta radiación regrese al espacio. Es el famoso efecto invernadero que permite que nuestro planeta tenga una temperatura media de 15°C, que sería de -18°C en ausencia de este fenómeno. Durante el día, la absorción de la radiación solar es mucho mayor que la emisión del suelo a través de la atmósfera, por lo que al final el suelo se calienta hasta un pequeño espesor de diez centímetros. Por la noche, ya no se produce la absorción de la radiación solar y el suelo se enfría hacia el cielo a través de la atmósfera.

Una atmósfera más o menos transparente.

La transparencia de la atmósfera depende de varios parámetros. Depende de la radiación considerada (visible, infrarroja), la concentración de determinados gases de efecto invernadero (CO₂, metano, vapor de agua), su espesor y la cubierta de nubes. Así, en el infrarrojo, cuanto más seca y delgada sea la atmósfera (por ejemplo, en altitud) más transparente será. Por el contrario, una atmósfera con nubes es prácticamente opaca a la radiación infrarroja. En un desierto, la humedad puede caer a niveles muy bajos en el verano, hasta un pequeño porcentaje de humedad relativa. En estas condiciones la atmósfera es casi transparente por lo que el suelo intercambia directamente con el espacio cuya temperatura es sólo unos pocos grados por encima del cero absoluto. Entonces se cumplen las condiciones para un enfriamiento radiativo muy significativo.

Otros parámetros pueden aumentar aún más este fenómeno. En primer lugar, la emisión térmica del suelo depende de su composición. La arena y la nieve emiten así mucho más que la vegetación, en particular la que constituye llanuras y bosques. Por otro lado, la presencia del viento aumenta los intercambios entre el aire y el suelo.

Estamos entonces en presencia de una transferencia de calor por convección. Si durante la noche el aire se calienta más que el suelo, éste calentará el suelo y por lo tanto reducirá su enfriamiento. Por el contrario, la ausencia de viento reducirá los trasvases por convección y propiciará unas condiciones muy favorables para la refrigeración.

Además, la arena que constituye el suelo del desierto tiene una inercia térmica relativamente baja. En otras palabras, la cantidad de calor que almacena la arena calentada a una determinada temperatura es menor que la de un material como la tierra, la humedad, el hormigón o el agua. Para un enfriamiento dado, cuanto menor sea la cantidad de calor almacenado, más rápido se producirá la evacuación del calor, lo que provocará un descenso brusco de la temperatura durante la noche. Así, la baja humedad de los desiertos, su ausencia de nubosidad y su constitución de un material altamente emisivo con baja inercia térmica son los responsables del fuerte enfriamiento nocturno y la gran amplitud térmica observada en estos espacios.

Las consideraciones anteriores también permiten explicar otras situaciones en las que la amplitud térmica diaria puede ser muy significativa. Así, el pueblo de Mouthe (Doubs) en el macizo del Jura ostenta el récord de frío (-36,7°C) y amplitud térmica diaria en Francia (37,8°C). Su ubicación en invierno sobre una meseta nevada lo convierte en un sitio que emite fuertemente al espacio cuando la humedad es muy baja. Esta configuración de meseta es también más favorable a la ausencia de viento, a diferencia de los pueblos de montaña donde las diferencias de temperatura a altitudes variables desencadenan corrientes de convección que atenúan el enfriamiento del suelo.

Por el contrario, se sabe que islas como Ouessant, que experimentan menos de un día de heladas al día, son lugares de baja amplitud térmica. Ouessant tiene un clima muy ventoso y nublado y está situado en medio del mar.El océano, cuya temperatura es uniforme en un gran espesor, tiene una gran inercia térmica. Su temperatura apenas varía a lo largo del día. Al final, casi nunca se dan las condiciones para un fuerte enfriamiento nocturno (ausencia de viento, noche despejada, baja humedad y baja inercia térmica). Todos estos elementos que limitan el enfriamiento radiativo hacen que la temperatura en las islas y más generalmente en la costa varíe mucho menos a lo largo del día que en el interior.

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Carlos Joulain, Catedrático de Física y Energética, Universidad de Poitiers

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