Mayur Gajanan Skapal © 2026 by Kilian J. Kessler
Científicos de la Universidad Politécnica de Zúrich (Suiza) han desarrollado un instrumento para conseguir previsiones climáticas más fiables a partir del análisis detenido de las condiciones de formación de las minúsculas gotas de agua y de cristales de hielo suspendidos en la atmósfera que por condensación de vapor componen las nubes. El proyecto, denominado RepliClouds. permitirá prevenir sequías, inundaciones o cambios en los patrones de los fenómenos meteorológicos extremos que están aumentando en todo el mundo.
Hasta ahora, para evaluar los riesgos futuros, la ciencia se basa en modelos climáticos, cuya precisión se ve afectada por procesos difíciles de representar. Las nubes, que cubren el firmamento e influyen de manera decisiva en la temperatura global, siguen siendo uno de los mayores factores de incertidumbre. El origen de cada una de esas diminutas gotas es una partícula invisible. Sin embargo, aún no se conoce con detalle, y sigue siendo un enigma, cómo se forma.
El Dr Mayur Gajanan Sapkal, miembro pionero del departamento de Física Atmosférica Experimental de la ETH Zúrich, desarrolló el mencionado instrumento que puede reproducir con exactitud las condiciones de formación de esas minúsculas gotitas de agua de las nubes. De este modo los científicos pueden estudiar con precisión el proceso directamente en laboratorio o en mediciones de campo o en observatorios atmosféricos. El Dr Sapkal afirma que:
Los fenómenos meteorológicos extremos, agravados por el cambio climático, provocan repercusiones socioeconómicas devastadoras a nivel mundial, especialmente en los países en desarrollo. Una de las razones por las que nos cuesta predecir estos fenómenos es una importante carencia de datos: los instrumentos atmosféricos actuales no logran reproducir las condiciones reales de temperatura y humedad en las que se forman las nubes. Esta deficiencia da lugar a datos erróneos, que a su vez alimentan modelos climáticos y meteorológicos inexactos y obstaculizan nuestros esfuerzos de adaptación.
El nombre del proyecto, RepliClouds, hace referencia al objetivo de reproducir con todo detalle las condiciones de la naturaleza para comprender mejor la formación de las nubes. A través de mediciones más precisas de la formación de esas diminutas gotas se pueden mejorar de forma decisiva los modelos climáticos. Ello proporciona una base más fiable para la planificación a largo plazo, especialmente para aquellas comunidades que ya hoy en día se ven más afectadas por las drásticas consecuencias del cambio climático.
Las nubes desempeñan un papel importante en la formación de las precipitaciones, las sequías y en todo el sistema climático; sin embargo, siguen considerándose uno de los mayores enigmas de la investigación climática. Al día de hoy, aún no está claro cómo se forman exactamente. Esta laguna de conocimientos dificulta las predicciones precisas sobre precipitaciones, riesgos de sequía y proyecciones climáticas.
El Dr Mayur Gajanan Sapkal ha desarrollado un instrumento que permite simular con precisión la formación de gotitas de nube en condiciones atmosféricas realistas, y que es siete veces más rápido que la solución existente. Se prevé patentar esta tecnología y ya ha despertado un gran interés tanto en el ámbito de la investigación como en el industrial.
RepliClouds aborda este reto con un contador de núcleos de condensación de nubes (CCNC) de última generación: el CCNC horizontal. Se trata del primer instrumento capaz de reproducir con precisión las condiciones naturales de formación de nubes, incluidas las bajas temperaturas y la baja supersaturación (humedad). Desarrollado en la ETH de Zúrich, resuelve una limitación en las mediciones documentada en la literatura científica sobre la atmósfera desde hace más de dos décadas.
Este avance permitirá a los investigadores estudiar las nubes tal y como se forman en la naturaleza, mejorando significativamente la precisión de los modelos climáticos globales y las previsiones meteorológicas regionales. Es importante destacar que también abrirá nuevas posibilidades para mejorar técnicas como la siembra de nubes. Con una fuerte aceptación en el mercado y un creciente interés a nivel mundial, RepliClouds está llamada a transformar la resiliencia climática.
El yoduro de plata —ampliamente utilizado para la siembra de nubes— se produce mediante la quema de bengalas que también contienen material altamente higroscópico. Dado que este material se activa a niveles de sobresaturación más bajos, puede resultar difícil realizar una caracterización fiable. El uso de la capacidad de sobresaturación baja del HCCNC permitiría estudiar estas partículas en un abanico más amplio de condiciones de activación.
La niebla de radiación puede formarse con una supersaturación tan baja como el 0,043 %.7 La capacidad del HCCNC para operar con bajos niveles de supersaturación permite acceder a este régimen. Se está trabajando para ampliar aún más el límite inferior de funcionamiento.
El instrumento actual está validado hasta un 2 % de sobresaturación. Se está trabajando en su desarrollo para aumentar este límite máximo, junto con un mayor tiempo de residencia, con el fin de permitir el estudio de partículas débilmente higroscópicas.
El tiempo de residencia puede variarse entre 8 y 24 segundos simplemente ajustando la posición del inyector. Esto permite estudiar la cinética de crecimiento de las partículas, incluido el crecimiento de gotas en función del tamaño.
Las condiciones en el interior de los
instrumentos convencionales no son las mismas que las que se dan en el interior
de una nube.
Desde hace más de dos décadas, los
investigadores atmosféricos que miden los núcleos de condensación de las nubes
han recurrido, básicamente, a un único diseño de instrumento disponible en el
mercado. Sus limitaciones operativas están bien documentadas y son ampliamente
reconocidas en la literatura científica revisada por pares.
Los contadores convencionales de núcleos de condensación de nubes (como el Streamwise CCNC, también conocido como DMT CCNC) utilizan una columna vertical calentada para generar supersaturación. Con una muestra extraída a 25 °C, la columna funciona a una temperatura de entre 30 y 52 °C aproximadamente, por encima del rango de temperaturas en el que se forman muchas gotas de nube reales. A estas temperaturas elevadas, los compuestos semivolátiles pueden evaporarse de las partículas antes de la medición, lo que sesga la actividad registrada de los núcleos de condensación de nubes.
Las mediciones por debajo de aproximadamente un 0,13 % de sobresaturación —y, en algunos casos, por debajo del 0,2 %— se consideran en general poco fiables para instrumentos de este diseño.4, 5, 6 Este umbral mínimo de funcionamiento dificulta el estudio de partículas altamente higroscópicas, como los aerosoles del Océano Austral (κ ≈ 0,92) de más de 100 nm, que se activan muy por debajo de ese umbral.
Dado que la sobresaturación se establece mediante calentadores termoeléctricos, que responden con lentitud, se produce un retraso térmico al pasar de un nivel de sobresaturación a otro o al iniciar un nuevo ciclo de barrido de sobresaturación. Los datos recopilados durante estos periodos de equilibrio —hasta los tres primeros minutos de cada paso (puede variar según el dispositivo)— deben excluirse del análisis.
El HCCNC genera sobresaturación en un rango de temperaturas de entre 4 °C y 40 °C; es el primer contador de núcleos de condensación de nubes validado para funcionar en este rango de temperaturas. Se está trabajando para ampliar aún más este rango, lo que permitiría a los investigadores estudiar cómo la temperatura influye en la activación de las partículas y en la distribución entre el gas y las partículas en un rango más amplio.
El control térmico preciso y un tiempo de residencia de hasta 24 segundos permiten al HCCNC generar niveles de sobresaturación de forma fiable hasta un 0,05 %.
Se elimina la pérdida de datos durante el paso por la supersaturación. El ciclo de supersaturación se reinicia hasta siete veces más rápido que en los contadores de núcleos de condensación de nubes convencionales, lo que permite un barrido completo desde el 0,05 % hasta el 0,8 % de supersaturación en menos de un minuto.
Abrir la cámara del HCCNC solo requiere tres pasos. Tras una larga campaña, eliminar los residuos es tan sencillo como abrir una botella de agua: abre la cámara, cambia el papel de filtro y ciérrala. No se necesita ningún especialista, lo que ahorra tiempo y dinero. Así podrás centrarte en la investigación y no en las reparaciones.
El HCCNC funciona según el principio de una
cámara de difusión con gradiente térmico de placas paralelas.
Desarrollado mediante simulaciones de dinámica de fluidos computacional, el
diseño optimiza la estabilidad del flujo laminar y la regulación precisa de la
temperatura para lograr una sobresaturación estable y controlable en un amplio
rango de funcionamiento. Cada placa se controla de forma precisa e
independiente, lo que permite un control directo sobre la sobresaturación en el
interior del instrumento.
Las capacidades del HCCNC permiten acceder a regímenes de medición que antes eran inaccesibles. Algunos ejemplos:
Capacidad a baja temperatura
Activación de los núcleos de condensación de nubes (CCN) a temperatura variable
La generación de supersaturación entre 4 °C y 40 °C abre nuevas posibilidades en los estudios sobre la activación de los núcleos de condensación de nubes en función de la temperatura. Por ejemplo, este control de la temperatura ha permitido confirmar experimentalmente por primera vez que la supersaturación crítica varía inversamente con la temperatura (Scrit ∝ 1/T) para partículas del mismo tamaño y composición, en consonancia con la teoría de Köhler.
Las temperaturas de funcionamiento más bajas reducen la evaporación de los compuestos semivolátiles que provocan un sesgo en las mediciones con instrumentos convencionales. También permiten estudiar la cocondensación, especialmente a bajas temperaturas, donde la absorción según la ley de Henry y la distribución entre gas y partículas favorecen la fase condensada.
Dado que el HCCNC es altamente modular, el flujo de envoltura puede suministrarse como una fase gaseosa elegida, lo que reduce aún más la distribución entre gas y partículas, mientras que la baja temperatura permite realizar estudios directos de cocondensación.
Al alcanzar una supersaturación de tan solo el 0,05 %, el HCCNC permite caracterizar partículas aproximadamente el doble de grandes que las medidas con instrumentos convencionales, cuyo límite de fiabilidad se sitúa en torno al 0,13 %. Metodología y detalles técnicos (PDF)
La beca Social Impact Pioneer Fellowship que usufructúa el Dr Mayur le ayuda a seguir desarrollando su prototipo hasta que esté listo para su comercialización y, de este modo, mejorar de forma fundamental la comprensión de las nubes, el tiempo y el agua.
El Pioneer Fellowship es un programa de apoyo integral que ofrece a los pensadores innovadores las condiciones ideales para iniciar su actividad empresarial. El programa está dirigido principalmente a estudiantes de doctorado, aunque también está abierto a estudiantes de máster y a investigadores posdoctorales. Los becarios del Pioneer Fellowship reciben una beca de 180 000 francos suizos durante un periodo de entre 12 y 18 meses, además de una amplia orientación y formación. Las becas Pioneer Fellowship están financiadas conjuntamente por la Fundación ETH y la ETH de Zúrich.
Dr. Mayur G. Sapkal, fundador. Dr. Zamin A. Kanji, asesor científico. Prof. Ulrike Lohmann, asesora científica. Dr. Michael Rösch, Asesor técnico
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