Vapor de agua

Vapor de agua, vapor de agua o vapor acuoso es la fase gaseosa del agua. Es un estado del agua dentro de la hidrosfera. El vapor de agua se puede producir a partir de la evaporación o ebullición del agua líquida o de la sublimación del hielo. El vapor de agua es transparente, como la mayoría de los constituyentes de la atmósfera. En condiciones atmosféricas típicas, el vapor de agua se genera continuamente por evaporación y se elimina por condensación. Es menos denso que la mayoría de los demás componentes del aire y provoca corrientes de convección que pueden generar nubes.

Al ser un componente de la hidrosfera y el ciclo hidrológico de la Tierra, es particularmente abundante en la atmósfera de la Tierra, donde actúa como un gas de efecto invernadero y retroalimenta el calentamiento, contribuyendo más al efecto invernadero total que los no condensables. gases como el dióxido de carbono y el metano. El uso de vapor de agua, como vapor, ha sido importante para cocinar y como componente principal en los sistemas de producción y transporte de energía desde la revolución industrial.

El vapor de agua es un componente atmosférico relativamente común, presente incluso en la atmósfera solar, así como en todos los planetas del Sistema Solar y muchos objetos astronómicos, incluidos satélites naturales, cometas e incluso grandes asteroides. Asimismo, la detección de vapor de agua extrasolar indicaría una distribución similar en otros sistemas planetarios. El vapor de agua también puede ser una evidencia indirecta que respalde la presencia de agua líquida extraterrestre en el caso de algunos objetos de masa planetaria.

Propiedades

Evaporación

Siempre que una molécula de agua sale de una superficie y se difunde en un gas circundante, se dice que se ha evaporado. Cada molécula de agua individual que pasa de un estado más asociado (líquido) a uno menos asociado (vapor/gas) lo hace a través de la absorción o liberación de energía cinética. La medida agregada de esta transferencia de energía cinética se define como energía térmica y ocurre solo cuando hay un diferencial en la temperatura de las moléculas de agua. El agua líquida que se convierte en vapor de agua se lleva consigo una porción de calor, en un proceso llamado enfriamiento por evaporación. La cantidad de vapor de agua en el aire determina la frecuencia con la que las moléculas regresarán a la superficie. Cuando ocurre una evaporación neta, la masa de agua sufrirá un enfriamiento neto directamente relacionado con la pérdida de agua.

En EE. UU., el Servicio Meteorológico Nacional mide la tasa real de evaporación de una "bandeja" superficie de agua abierta al aire libre, en varios lugares de todo el país. Otros hacen lo mismo en todo el mundo. Los datos de EE. UU. se recopilan y compilan en un mapa de evaporación anual. Las medidas van desde menos de 30 a más de 120 pulgadas por año. Se pueden usar fórmulas para calcular la tasa de evaporación de una superficie de agua como una piscina. En algunos países, la tasa de evaporación supera con creces la tasa de precipitación.

El enfriamiento por evaporación está restringido por las condiciones atmosféricas. La humedad es la cantidad de vapor de agua en el aire. El contenido de vapor del aire se mide con dispositivos conocidos como higrómetros. Las medidas generalmente se expresan como humedad específica o porcentaje de humedad relativa. Las temperaturas de la atmósfera y de la superficie del agua determinan la presión de vapor de equilibrio; El 100% de humedad relativa ocurre cuando la presión parcial del vapor de agua es igual a la presión de vapor de equilibrio. Esta condición a menudo se denomina saturación completa. La humedad varía de 0 gramos por metro cúbico en aire seco a 30 gramos por metro cúbico (0,03 onzas por pie cúbico) cuando el vapor está saturado a 30 °C.

Recuperación de meteoritos en la Antártida (ANSMET)

Micrografo de electrones de tejido capilar picado

Sublimación

La sublimación es el proceso por el cual las moléculas de agua salen directamente de la superficie del hielo sin convertirse primero en agua líquida. La sublimación explica la lenta desaparición del hielo y la nieve a mediados del invierno a temperaturas demasiado bajas para provocar el derretimiento. La Antártida muestra este efecto en un grado único porque es, con mucho, el continente con la tasa de precipitación más baja de la Tierra. Como resultado, existen grandes áreas donde milenarias capas de nieve se han sublimado, dejando atrás los materiales no volátiles que contenían. Esto es extremadamente valioso para ciertas disciplinas científicas, siendo un ejemplo dramático la colección de meteoritos que quedan expuestos en números sin precedentes y en excelentes estados de conservación.

La sublimación es importante en la preparación de ciertas clases de muestras biológicas para microscopía electrónica de barrido. Por lo general, las muestras se preparan mediante criofijación y fractura por congelación, después de lo cual la superficie rota se graba por congelación y se erosiona por exposición al vacío hasta que muestra el nivel de detalle requerido. Esta técnica puede mostrar moléculas de proteínas, estructuras de orgánulos y bicapas lipídicas con muy bajos grados de distorsión.

Condensación

Nubes, formados por vapor de agua condensado

El vapor de agua solo se condensará en otra superficie cuando esa superficie esté más fría que la temperatura del punto de rocío, o cuando se exceda el equilibrio del vapor de agua en el aire. Cuando el vapor de agua se condensa sobre una superficie, se produce un calentamiento neto en esa superficie. La molécula de agua trae consigo energía térmica. A su vez, la temperatura de la atmósfera desciende ligeramente. En la atmósfera, la condensación produce nubes, niebla y precipitaciones (normalmente sólo cuando la facilitan los núcleos de condensación de las nubes). El punto de rocío de un paquete de aire es la temperatura a la que debe enfriarse antes de que el vapor de agua en el aire comience a condensarse. La condensación en la atmósfera forma gotas de nubes.

Además, se produce una condensación neta de vapor de agua en las superficies cuando la temperatura de la superficie es igual o inferior a la temperatura del punto de rocío de la atmósfera. La deposición es una transición de fase separada de la condensación que conduce a la formación directa de hielo a partir del vapor de agua. La escarcha y la nieve son ejemplos de deposición.

Existen varios mecanismos de refrigeración por los que se produce la condensación: 1) Pérdida directa de calor por conducción o radiación. 2) Enfriamiento por la caída en la presión del aire que ocurre con la elevación del aire, también conocido como enfriamiento adiabático. El aire puede ser levantado por montañas, que desvían el aire hacia arriba, por convección y por frentes fríos y cálidos. 3) Enfriamiento advectivo: enfriamiento debido al movimiento horizontal del aire.

Importancia y usos

• Proporciona agua para plantas y animales: El vapor de agua se convierte en lluvia y nieve que sirven como fuente natural de agua para plantas y animales.
• Controles de evaporación: El exceso de vapor de agua en el aire disminuye la tasa de evaporación.
• Determina las condiciones climáticas: El vapor de agua en el aire produce lluvia, niebla, nieve, etc. Por lo tanto, determina las condiciones climáticas.

Reacciones químicas

Varias reacciones químicas tienen agua como producto. Si las reacciones tienen lugar a temperaturas superiores al punto de rocío del aire circundante, el agua se formará como vapor y aumentará la humedad local; si se encuentra por debajo del punto de rocío, se producirá condensación local. Las reacciones típicas que dan como resultado la formación de agua son la quema de hidrógeno o hidrocarburos en el aire u otras mezclas de gases que contienen oxígeno, o como resultado de reacciones con oxidantes.

De manera similar, pueden tener lugar otras reacciones químicas o físicas en presencia de vapor de agua que dan como resultado la formación de nuevos productos químicos, como el óxido en el hierro o el acero, o la polimerización (ciertas espumas de poliuretano y pegamentos de cianoacrilato se curan con la exposición a la humedad atmosférica) o formas cambiantes, como cuando los productos químicos anhidros pueden absorber suficiente vapor para formar una estructura cristalina o alterar una existente, lo que a veces da como resultado cambios de color característicos que pueden usarse para la medición.

Medición

La medición de la cantidad de vapor de agua en un medio se puede realizar de forma directa o remota con diversos grados de precisión. Los métodos remotos como la absorción electromagnética son posibles desde satélites por encima de las atmósferas planetarias. Los métodos directos pueden utilizar transductores electrónicos, termómetros humedecidos o materiales higroscópicos que miden los cambios en las propiedades físicas o las dimensiones.

Impacto en la densidad del aire

El vapor de agua es más liviano o menos denso que el aire seco. A temperaturas equivalentes, flota con respecto al aire seco, por lo que la densidad del aire seco a temperatura y presión estándar (273,15 K, 101,325 kPa) es de 1,27 g/L y el vapor de agua a temperatura estándar tiene una presión de vapor de 0,6 kPa y la densidad mucho menor de 0,0048 g/L.

Cálculos

Cálculos de densidad de vapor de agua y aire seco a 0 °C:

• La masa molar del agua es 18.02 g/mol, como se calcula a partir de la suma de las masas atómicas de sus átomos constituyentes.
• La masa media de aire molar (aprox. 78% de nitrógeno, N₂; 21% de oxígeno, O₂; 1% otros gases) 28.57 g/mol a temperatura y presión estándar (STP).
• Obedeciendo la Ley de Avogadro y la ley de gas ideal, el aire húmedo tendrá una menor densidad que el aire seco. A la saturación máxima (i. e. rel. humedad = 100% a 0 °C) la densidad bajará a 28.51 g/mol.
• Las condiciones STP implican una temperatura de 0 °C, a la que la capacidad del agua para convertirse en vapor es muy restringida. Su concentración en el aire es muy baja a 0 °C. La línea roja en el gráfico a la derecha es la máxima concentración de vapor de agua esperada para una temperatura determinada. La concentración de vapor de agua aumenta significativamente a medida que la temperatura aumenta, llegando al 100% (vapor, vapor de agua pura) a 100 °C. Sin embargo, la diferencia de densidades entre vapor de aire y agua todavía existiría (0.598 vs. 1,27 g/L).

A igual temperatura

A la misma temperatura, una columna de aire seco será más densa o más pesada que una columna de aire que contenga vapor de agua, siendo la masa molar de nitrógeno diatómico y oxígeno diatómico mayor que la masa molar de agua. Por lo tanto, cualquier volumen de aire seco se hundirá si se coloca en un volumen mayor de aire húmedo. Además, un volumen de aire húmedo se elevará o flotará si se coloca en una región más grande de aire seco. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la proporción de vapor de agua en el aire y su flotabilidad aumentará. El aumento de la flotabilidad puede tener un impacto atmosférico significativo, dando lugar a corrientes de aire ascendentes potentes y ricas en humedad cuando la temperatura del aire y la temperatura del mar alcanzan los 25 °C o más. Este fenómeno proporciona una importante fuerza impulsora para los sistemas meteorológicos ciclónicos y anticiclónicos (tifones y huracanes).

Respiración y respiración

El vapor de agua es un subproducto de la respiración en plantas y animales. Su contribución a la presión, aumenta a medida que aumenta su concentración. Su contribución de presión parcial a la presión del aire aumenta, reduciendo la contribución de presión parcial de los otros gases atmosféricos (Ley de Dalton). La presión total del aire debe permanecer constante. La presencia de vapor de agua en el aire diluye o desplaza naturalmente a los demás componentes del aire a medida que aumenta su concentración.

Esto puede tener un efecto sobre la respiración. En aire muy cálido (35 °C), la proporción de vapor de agua es lo suficientemente grande como para dar lugar a la congestión que se puede experimentar en condiciones de selva húmeda o en edificios mal ventilados.

Gas de elevación

El vapor de agua tiene una densidad más baja que la del aire y, por lo tanto, flota en el aire pero tiene una presión de vapor más baja que la del aire. Cuando el vapor de agua se utiliza como gas de elevación en un dirigible térmico, el vapor de agua se calienta para formar vapor de modo que su presión de vapor sea mayor que la presión del aire circundante para mantener la forma de un "globo de vapor" teórico.;, que produce aproximadamente un 60% de la sustentación del helio y el doble de la del aire caliente.

Discusión general

La cantidad de vapor de agua en una atmósfera está restringida por las restricciones de presiones parciales y temperatura. La temperatura del punto de rocío y la humedad relativa actúan como guías para el proceso del vapor de agua en el ciclo del agua. La entrada de energía, como la luz solar, puede provocar más evaporación en la superficie del océano o más sublimación en un trozo de hielo en la cima de una montaña. El equilibrio entre la condensación y la evaporación da la cantidad denominada presión parcial de vapor.

La presión parcial máxima (presión de saturación) del vapor de agua en el aire varía con la temperatura de la mezcla de aire y vapor de agua. Existe una variedad de fórmulas empíricas para esta cantidad; la fórmula de referencia más utilizada es la ecuación de Goff-Gratch para el SVP sobre agua líquida por debajo de cero grados centígrados:

log10⁡ ⁡ ()p)=− − 7.90298()373.16T− − 1)+5.02808log10⁡ ⁡ 373.16T− − 1.3816× × 10− − 7()1011.344()1− − T373.16)− − 1)+8.1328× × 10− − 3()10− − 3.49149()373.16T− − 1)− − 1)+log10⁡ ⁡ ()1013.246){fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft Sans Serif}

donde T, temperatura del aire húmedo, se da en unidades de kelvin, y p se da en unidades de milibares (hectopascales).

La fórmula es válida desde aproximadamente −50 a 102 °C; sin embargo, existe un número muy limitado de mediciones de la presión de vapor del agua sobre agua líquida sobreenfriada. Hay una serie de otras fórmulas que se pueden utilizar.

Bajo ciertas condiciones, como cuando se alcanza la temperatura de ebullición del agua, siempre se producirá una evaporación neta durante las condiciones atmosféricas estándar, independientemente del porcentaje de humedad relativa. Este proceso inmediato disipará cantidades masivas de vapor de agua en una atmósfera más fría.

El aire exhalado está casi completamente en equilibrio con el vapor de agua a la temperatura corporal. En el aire frío, el vapor exhalado se condensa rápidamente, apareciendo así como niebla o niebla de gotas de agua y como condensación o escarcha en las superficies. La condensación forzada de estas gotas de agua del aliento exhalado es la base del condensado del aliento exhalado, una prueba de diagnóstico médico en evolución.

El control del vapor de agua en el aire es una preocupación clave en la industria de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). El confort térmico depende de las condiciones del aire húmedo. Las situaciones de comodidad no humana se denominan refrigeración y también se ven afectadas por el vapor de agua. Por ejemplo, muchas tiendas de alimentos, como los supermercados, utilizan gabinetes enfriadores abiertos o cajas de alimentos, que pueden reducir significativamente la presión del vapor de agua (disminución de la humedad). Esta práctica ofrece varios beneficios, así como problemas.

En la atmósfera de la Tierra

Pruebas para aumentar las cantidades de vapor de agua estratosférica con el tiempo en Boulder, Colorado.

El agua gaseosa representa un componente pequeño pero importante para el medio ambiente de la atmósfera. El porcentaje de vapor de agua en el aire de la superficie varía del 0,01 % a -42 °C (-44 °F) al 4,24 % cuando el punto de rocío es de 30 °C (86 °F). Más del 99 % del agua atmosférica se encuentra en forma de vapor, en lugar de agua líquida o hielo, y aproximadamente el 99,13 % del vapor de agua está contenido en la troposfera. La condensación del vapor de agua a la fase líquida o de hielo es responsable de las nubes, la lluvia, la nieve y otras precipitaciones, todas las cuales se encuentran entre los elementos más significativos de lo que experimentamos como clima. De manera menos obvia, el calor latente de vaporización, que se libera a la atmósfera cada vez que se produce la condensación, es uno de los términos más importantes en el balance de energía atmosférica tanto a escala local como global. Por ejemplo, la liberación de calor latente en la convección atmosférica es directamente responsable de impulsar tormentas destructivas como ciclones tropicales y tormentas eléctricas severas. El vapor de agua es un importante gas de efecto invernadero debido a la presencia del enlace hidroxilo que se absorbe fuertemente en el infrarrojo.

El vapor de agua es el "medio de trabajo" del motor termodinámico atmosférico que transforma la energía térmica de la radiación solar en energía mecánica en forma de viento. Transformar la energía térmica en energía mecánica requiere un nivel de temperatura superior e inferior, así como un medio de trabajo que se mueva de un lado a otro entre ambos. El nivel de temperatura superior está dado por el suelo o la superficie del agua de la tierra, que absorbe la radiación solar entrante y se calienta, evaporando el agua. El aire húmedo y cálido en el suelo es más ligero que su entorno y asciende hasta el límite superior de la troposfera. Allí, las moléculas de agua irradian su energía térmica hacia el espacio exterior, enfriando el aire circundante. La atmósfera superior constituye el nivel de temperatura inferior del motor termodinámico atmosférico. El vapor de agua en el aire ahora frío se condensa y cae al suelo en forma de lluvia o nieve. El aire frío y seco, ahora más denso, se hunde también en el suelo; el motor termodinámico atmosférico establece así una convección vertical, que transporta calor desde el suelo hacia la atmósfera superior, donde las moléculas de agua pueden irradiarlo al espacio exterior. Debido a la rotación de la tierra y a las fuerzas de Coriolis resultantes, esta convección atmosférica vertical se convierte también en una convección horizontal, en forma de ciclones y anticiclones, que transportan el agua evaporada sobre los océanos hacia el interior de los continentes, permitiendo el crecimiento de la vegetación.

El agua en la atmósfera de la Tierra no solo está por debajo de su punto de ebullición (100 °C), sino que, en altitud, desciende por debajo de su punto de congelación (0 °C), debido a la atracción altamente polar del agua. Cuando se combina con su cantidad, el vapor de agua tiene un punto de rocío y un punto de congelación relevantes, a diferencia de p. ej., dióxido de carbono y metano. Por lo tanto, el vapor de agua tiene una altura de escala una fracción de la de la atmósfera en general, ya que el agua se condensa y sale, principalmente en la troposfera, la capa más baja de la atmósfera. El dióxido de carbono (CO2) y el metano, al estar bien mezclados en la atmósfera, tienden a elevarse por encima del vapor de agua. La absorción y emisión de ambos compuestos contribuyen a la emisión de la Tierra al espacio y, por tanto, al efecto invernadero planetario. Este forzamiento de efecto invernadero es directamente observable, a través de distintas características espectrales frente al vapor de agua, y se observa que aumenta con el aumento de los niveles de CO₂. Por el contrario, agregar vapor de agua a grandes alturas tiene un impacto desproporcionado, razón por la cual el tráfico de aviones tiene un efecto de calentamiento desproporcionadamente alto. La oxidación del metano también es una fuente importante de vapor de agua en la estratosfera y agrega aproximadamente un 15 % al efecto de calentamiento global del metano.

En ausencia de otros gases de efecto invernadero, el vapor de agua de la Tierra se condensaría en la superficie; esto probablemente ha sucedido, posiblemente más de una vez. Por lo tanto, los científicos distinguen entre gases de efecto invernadero no condensables (impulsores) y condensables (impulsados), es decir, la retroalimentación de vapor de agua anterior.

La niebla y las nubes se forman a través de la condensación alrededor de los núcleos de condensación de las nubes. En ausencia de núcleos, la condensación solo ocurrirá a temperaturas mucho más bajas. Bajo una condensación o deposición persistente, se forman gotas de nubes o copos de nieve, que se precipitan cuando alcanzan una masa crítica.

La concentración atmosférica de vapor de agua es muy variable entre ubicaciones y horas, desde 10 ppmv en el aire más frío hasta el 5 % (50 000 ppmv) en el aire tropical húmedo, y se puede medir con una combinación de observaciones terrestres, globos meteorológicos y satélites El contenido de agua de la atmósfera en su conjunto se agota constantemente por la precipitación. Al mismo tiempo, se repone constantemente por evaporación, principalmente de océanos, lagos, ríos y tierra húmeda. Otras fuentes de agua atmosférica incluyen la combustión, la respiración, las erupciones volcánicas, la transpiración de las plantas y varios otros procesos biológicos y geológicos. En un momento dado hay alrededor de 1,29 x 10¹⁶ litros (3,4 x 10¹⁵ gal) de agua en la atmósfera. La atmósfera contiene 1 parte en 2500 del agua dulce y 1 parte en 100,000 del agua total en la Tierra. El contenido global medio de vapor de agua en la atmósfera es aproximadamente suficiente para cubrir la superficie del planeta con una capa de agua líquida de unos 25 mm de profundidad. La precipitación media anual para el planeta es de aproximadamente 1 metro, una comparación que implica una rápida renovación del agua en el aire: en promedio, el tiempo de residencia de una molécula de agua en la troposfera es de aproximadamente 9 a 10 días.

El vapor de agua medio global es aproximadamente el 0,25 % de la atmósfera en masa y también varía estacionalmente, en términos de contribución a la presión atmosférica entre 2,62 hPa en julio y 2,33 hPa en diciembre. IPCC AR6 expresa una confianza media en el aumento del vapor de agua total en aproximadamente 1-2% por década; se espera que aumente alrededor de un 7% por cada °C de calentamiento.

Los episodios de actividad geotérmica superficial, como las erupciones volcánicas y los géiseres, liberan cantidades variables de vapor de agua a la atmósfera. Tales erupciones pueden ser grandes en términos humanos, y las grandes erupciones explosivas pueden inyectar masas de agua excepcionalmente grandes a una altura excepcional en la atmósfera, pero como porcentaje del agua atmosférica total, el papel de tales procesos es trivial. Las concentraciones relativas de los diversos gases emitidos por los volcanes varían considerablemente según el sitio y según el evento particular en cualquier sitio. Sin embargo, el vapor de agua es consistentemente el gas volcánico más común; por regla general, comprende más del 60% de las emisiones totales durante una erupción subaérea.

El contenido de vapor de agua atmosférico se expresa utilizando varias medidas. Estos incluyen la presión de vapor, la humedad específica, la relación de mezcla, la temperatura del punto de rocío y la humedad relativa.

Imágenes de radar y satélite

MODIS/Terra global media de vapor de agua atmosférica en atm-cm (centros de agua en una columna atmosférica si se condensa)

Debido a que las moléculas de agua absorben las microondas y otras frecuencias de ondas de radio, el agua en la atmósfera atenúa las señales de radar. Además, el agua atmosférica reflejará y refractará las señales en una medida que depende de si es vapor, líquido o sólido.

Por lo general, las señales de radar pierden fuerza progresivamente a medida que viajan a través de la troposfera. Diferentes frecuencias se atenúan a diferentes velocidades, de modo que algunos componentes del aire son opacos para algunas frecuencias y transparentes para otras. Las ondas de radio utilizadas para la radiodifusión y otras comunicaciones experimentan el mismo efecto.

El vapor de agua refleja el radar en menor medida que las otras dos fases del agua. En forma de gotas y cristales de hielo, el agua actúa como un prisma, lo que no hace como molécula individual; sin embargo, la existencia de vapor de agua en la atmósfera hace que la atmósfera actúe como un prisma gigante.

Una comparación de las imágenes del satélite GOES-12 muestra la distribución del vapor de agua atmosférico en relación con los océanos, las nubes y los continentes de la Tierra. El vapor rodea el planeta pero está distribuido de manera desigual. El bucle de imagen de la derecha muestra el promedio mensual del contenido de vapor de agua con las unidades en centímetros, que es el agua precipitable o la cantidad equivalente de agua que se podría producir si todo el vapor de agua en la columna se condensara. Las cantidades más bajas de vapor de agua (0 centímetros) aparecen en amarillo y las cantidades más altas (6 centímetros) aparecen en azul oscuro. Las áreas de datos faltantes aparecen en tonos de gris. Los mapas se basan en los datos recopilados por el sensor del espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS) en el satélite Aqua de la NASA. El patrón más notable en la serie temporal es la influencia de los cambios de temperatura estacionales y la luz solar entrante sobre el vapor de agua. En los trópicos, una banda de aire extremadamente húmedo se tambalea al norte y al sur del ecuador a medida que cambian las estaciones. Esta banda de humedad es parte de la Zona de Convergencia Intertropical, donde los vientos alisios del este de cada hemisferio convergen y producen tormentas eléctricas y nubes casi a diario. Más lejos del ecuador, las concentraciones de vapor de agua son altas en el hemisferio que experimenta el verano y bajas en el que experimenta el invierno. Otro patrón que aparece en la serie temporal es que las cantidades de vapor de agua sobre las áreas terrestres disminuyen más en los meses de invierno que las áreas oceánicas adyacentes. Esto se debe en gran parte a que las temperaturas del aire sobre la tierra descienden más en el invierno que las temperaturas sobre el océano. El vapor de agua se condensa más rápidamente en el aire más frío.

Como el vapor de agua absorbe la luz en el rango espectral visible, su absorción se puede utilizar en aplicaciones espectroscópicas (como DOAS) para determinar la cantidad de vapor de agua en la atmósfera. Esto se hace operativamente, p. de los espectrómetros del Experimento de Monitoreo Global de Ozono (GOME) en ERS (GOME) y MetOp (GOME-2). Las líneas de absorción de vapor de agua más débiles en el rango espectral azul y más allá en el UV hasta su límite de disociación alrededor de 243 nm se basan principalmente en cálculos de mecánica cuántica y solo se confirman parcialmente mediante experimentos.

Generación relámpago

El vapor de agua juega un papel clave en la producción de rayos en la atmósfera. De la física de las nubes, por lo general las nubes son los verdaderos generadores de carga estática que se encuentran en la atmósfera de la Tierra. La capacidad de las nubes para contener cantidades masivas de energía eléctrica está directamente relacionada con la cantidad de vapor de agua presente en el sistema local.

La cantidad de vapor de agua controla directamente la permitividad del aire. En épocas de baja humedad, la descarga estática es rápida y fácil. Durante las épocas de mayor humedad, se producen menos descargas estáticas. La permitividad y la capacitancia trabajan de la mano para producir las salidas de megavatios de los rayos.

Después de que una nube, por ejemplo, ha comenzado a convertirse en un generador de rayos, el vapor de agua atmosférico actúa como una sustancia (o aislante) que disminuye la capacidad de la nube para descargar su energía eléctrica. Durante un cierto período de tiempo, si la nube continúa generando y almacenando más electricidad estática, la barrera que fue creada por el vapor de agua atmosférico finalmente se romperá debido a la energía potencial eléctrica almacenada. Esta energía será liberada a una región local de carga opuesta, en forma de rayo. La fuerza de cada descarga está directamente relacionada con la permitividad atmosférica, la capacitancia y la capacidad de generación de carga de la fuente.

Extraterrestre

El vapor de agua es común en el Sistema Solar y, por extensión, en otros sistemas planetarios. Su firma ha sido detectada en las atmósferas del Sol, ocurriendo en manchas solares. Se ha detectado la presencia de vapor de agua en las atmósferas de los siete planetas extraterrestres del sistema solar, la Luna de la Tierra y las lunas de otros planetas, aunque normalmente en cantidades mínimas.

Cryogeyser en la luna de Júpiter Europa (concepto artístico)

La ilustración del artista de las firmas de agua en ambientes exoplanet detectables por instrumentos como el Telescopio Espacial Hubble.

Se cree que existen formaciones geológicas como los criogénicos en la superficie de varias lunas heladas que expulsan vapor de agua debido al calentamiento de las mareas y pueden indicar la presencia de cantidades sustanciales de agua bajo la superficie. Se han detectado columnas de vapor de agua en la luna Europa de Júpiter y son similares a las columnas de vapor de agua detectadas en la luna Encelado de Saturno. También se han detectado rastros de vapor de agua en la estratosfera de Titán. Se ha descubierto que el vapor de agua es un constituyente importante de la atmósfera del planeta enano Ceres, el objeto más grande del cinturón de asteroides. La detección se realizó utilizando las capacidades de infrarrojo lejano del Observatorio Espacial Herschel. El hallazgo es inesperado porque se suele considerar que los cometas, no los asteroides, "propulsan chorros y columnas". Según uno de los científicos, "las líneas se vuelven cada vez más borrosas entre los cometas y los asteroides". Los científicos que estudian Marte plantean la hipótesis de que si el agua se mueve por el planeta, lo hace en forma de vapor.

El brillo de las colas de los cometas proviene en gran parte del vapor de agua. Al acercarse al Sol, el hielo que transportan muchos cometas se sublima hasta convertirse en vapor. Conociendo la distancia de un cometa al sol, los astrónomos pueden deducir el contenido de agua del cometa a partir de su brillo.

También se ha confirmado vapor de agua fuera del Sistema Solar. El análisis espectroscópico de HD 209458 b, un planeta extrasolar en la constelación de Pegaso, proporciona la primera evidencia de vapor de agua atmosférico más allá del Sistema Solar. Se descubrió que una estrella llamada CW Leonis tenía un anillo de grandes cantidades de vapor de agua que rodeaba a la estrella masiva y envejecida. Un satélite de la NASA diseñado para estudiar los productos químicos en las nubes de gas interestelar hizo el descubrimiento con un espectrómetro a bordo. Lo más probable es que "el vapor de agua se evaporara de las superficies de los cometas en órbita". Otros exoplanetas con evidencia de vapor de agua incluyen HAT-P-11b y K2-18b.