Rayo

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Representación de un rayo.
Rayo de cielo a tierra en Maracaibo, Venezuela

El rayo es una poderosa descarga eléctrica natural de electricidad estática, producida durante una tormenta eléctrica, que genera un pulso electromagnético. La descarga eléctrica precipitada del rayo es acompañada por la emisión de luz (el relámpago), causada por el paso de corriente eléctrica, que ioniza las moléculas de aire, y por el sonido del trueno, desarrollado por la onda de choque. La electricidad (corriente eléctrica) que pasa a través de la atmósfera calienta y expande rápidamente el aire, produciendo el ruido característico del trueno. Los rayos se encuentran en estado plasmático.

El rayo de mayor duración fue registrado en marzo del 2018 en el norte de Argentina y duró 16.73 segundos. En octubre del 2018 se registró en Brasil el de mayor extensión horizontal a nivel mundial con 709 km de longitud.[1]​ Un rayo viaja a una velocidad media de 440 km/s, pudiendo alcanzar velocidades de hasta 1400 km/s.[2]​ La diferencia de potencial es mil millones de voltios con respecto al suelo. Cada año se registran 16 000 000 de tormentas con rayos.[3]​[cita requerida]

Predominantemente, los rayos son producidos por cargas positivas en la tierra y negativas en nubes de desarrollo vertical llamadas cumulonimbos. Cuando un cumulonimbo alcanza la tropopausa, las cargas positivas de la nube atraen a las cargas negativas; este movimiento de cargas a través de la atmósfera constituyen los rayos. Esto produce un efecto de ida y vuelta; se refiere a que al subir las partículas instantáneamente regresan causando la visión de que los rayos bajan. Un rayo puede generar una potencia instantánea de 1 gigavatio-hora (mil millones de vatios),[4]​ pudiendo ser comparable a la de una explosión nuclear.

La disciplina que, dentro de la meteorología, estudia todo lo relacionado con los rayos se denomina ceraunología.[5]​[6]​

Formación del rayo

Relámpago del Catatumbo, Zulia, Venezuela. La fábrica de ozono. Este fenómeno es capaz de producir 1.176.000 relámpagos por año, produciendo el 10% de la capa de ozono del planeta.

Cómo se inicia la descarga eléctrica sigue siendo un tema de debate.[7]​ Los científicos han estudiado las causas fundamentales, que van desde las perturbaciones atmosféricas (viento, humedad y presión) hasta los efectos del viento solar y a la acumulación de partículas solares cargadas.[8]​Se cree que el hielo es el componente clave en el desarrollo, propiciando una separación de las cargas positivas y negativas dentro de la nube.[8]​

Los rayos pueden producirse en las nubes de cenizas de erupciones volcánicas, o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga estática.[9]​[10]​

Hipótesis de la inducción electrostática

De acuerdo con la hipótesis de la inducción electrostática, las cargas son impulsadas con procesos que aún son inciertos. La separación de las cargas parece requerir de una fuerte corriente aérea ascendente que lleve las gotas de agua hacia arriba, superenfriándolas entre los 10 y los 20 °C bajo cero. Estas colisionan con los cristales de hielo formando una combinación de agua-hielo denominada granizo. Las colisiones producen que una carga ligeramente positiva sea transferida a los cristales de hielo, y una carga ligeramente negativa hacia el granizo. Las corrientes conducen los cristales de hielo menos pesados hacia arriba, causando que en la parte posterior de la nube se acumulen cargas positivas. La gravedad causa que el granizo más pesado con carga negativa caiga hacia el centro y a las partes más bajas de las nubes. La separación de cargas y la acumulación continúa hasta que el potencial eléctrico se vuelva suficiente para iniciar una descarga eléctrica, que ocurre cuando la distribución de las cargas positivas y negativas forman un campo eléctrico lo suficientemente fuerte.

Hipótesis del mecanismo de polarización

El mecanismo por el cual la separación de cargas sucede sigue siendo objeto de investigación. Otra hipótesis es el mecanismo de polarización, que tiene dos componentes:[11]​

  1. La caída de las gotas de hielo y agua se vuelven eléctricamente polarizadas en el momento en que caen a través del campo eléctrico natural de la Tierra;
  2. Las partículas de hielo que chocan se cargan por inducción electroestática (mirar arriba).

Hay varias hipótesis adicionales que explican el origen de la separación de cargas.[12]​[13]​

Ruta principal e impacto de retorno

Ilustración de una corriente negativa (roja) encontrándose con su contraparte positiva (azul) y formando el impacto de retorno. Haz clic para ver la animación.

En una nube de tormenta, una carga eléctrica igual pero opuesta a la carga de la base de la nube se induce en la tierra por debajo de la nube. El suelo con carga inducida sigue el movimiento de la nube manteniéndose por debajo; si el campo eléctrico es lo suficientemente fuerte, una descarga electrostática (denominada corriente positiva) puede desarrollarse a partir de estas condiciones. Esto fue teorizado por Heinz Kasemir.[14]​[15]​A medida que el campo eléctrico aumenta, la corriente positiva puede convertirse en una ruta principal más grande y caliente que la actual y finalmente llegar a la ruta principal de paso que desciende desde la nube. Es también posible que muchas corrientes se desarrollen a través de diferentes objetos simultáneamente, con sólo uno haciendo contacto con el principal y formando la trayectoria de la descarga principal. Se han tomado fotografías de este proceso aun cuando ambas corrientes no estaban aun conectadas.[16]​

Una vez que el canal de aire ionizado se establece entre la nube y el suelo, se convierte en una ruta de menor resistencia, y permite una propagación de corriente mucho mayor desde la tierra a la nube. Este es el impacto de retorno y es el que más intensidad luminosa posee, siendo una de las partes más notables de la descarga del rayo.

La descarga inicial bipolar, o ruta de aire ionizado, empieza con una combinación de agua con carga negativa y una región de hielo en la nube de tormenta. Los canales de descarga ionizados son conocidos como rutas principales de paso, la mayoría de éstas superan los 45 metros de longitud.[17]​ Las rutas principales cargadas positiva y negativamente avanzan en direcciones opuestas. Las cargadas negativamente avanzan hacia abajo en una serie de saltos rápidos (pasos). A medida que continúa el descenso, las rutas principales de paso pueden ramificarse en varios caminos.[18]​ La progresión de las rutas principales de paso toma un tiempo relativamente largo en llegar al suelo (cientos de milisegundos). Esta fase inicial necesita de una relativamente pequeña corriente eléctrica (decenas o cientos de amperios, siendo ésta casi invisible, cuando se compara con el canal de rayos posterior.

Cuando una ruta principal de paso alcanza el suelo, la presencia de cargas opuestas en el suelo mejora la potencia del campo eléctrico. El campo eléctrico es más fuerte en objetos en contacto con el suelo cuyas partes más altas están cercanos a la base de la nube de tormenta, como árboles o edificios altos.

Secuencia del relámpago, dura 0,32 s

Impacto del rayo en el cuerpo humano

No confundir con Figuras de Lichtenberg.

Los impactos de rayos en personas son poco frecuentes, pero posibles. Aunque los casos son escasos, hay personas que han sido golpeadas por estos, y han sobrevivido para contarlo, otras que han muerto en el acto.

Estos golpean el cuerpo humano con gran fuerza lo que provoca graves heridas. Hay varios casos de personas que no han sobrevivido como es el de un hombre de 53 años que intento entrar en su casa y fue golpeado por un rayo[cita requerida], varios expertos afirman que esto te puede pasar solo una vez en la vida ya que las probabilidades son de 1 entre 700.000[cita requerida].

Sabina herida por un rayo.

Tipos de rayos más conocidos

Rayo de nube a tierra

Algunos rayos presentan características particulares; los científicos y el público en general han dado nombres a estos diferentes tipos de rayos. El rayo que se observa más comúnmente es el rayo streak. Esto no es más que el trazo de retorno, la parte visible del trazo del rayo. La mayoría de los trazos se producen dentro de una nube, por lo que no vemos la mayoría de los trazos individuales de retorno durante una tormenta.

Rayo de nube a tierra

Es el más conocido y el segundo tipo más común. De todos los tipos de rayos, este representa la mayor amenaza para la vida y la propiedad, puesto que impacta contra la tierra. El rayo nube a tierra es una descarga entre una nube cumulonimbus y la tierra. Comienza con un trazo inicial que se mueve desde la nube hacia abajo.

Rayo perla

El rayo perla es un tipo de rayo de nube a tierra que parece romper en una cadena de secciones cortas, brillantes, que duran más que una descarga habitual. Es relativamente raro. Se han propuesto varias teorías para explicarlo; una es que el observador ve porciones del final de canal de relámpago, y que estas partes parecen especialmente brillantes. Otra es que, en el rayo cordón, el ancho del canal varía; como el canal de relámpago se enfría y se desvanece, las secciones más amplias se enfrían más lentamente y permanecen aun visibles, pareciendo una cadena de perlas y raramente se elevan en el cielo esparciendo una luz a lo largo del rayo .[19]​[20]​

Rayo staccato

Rayo staccato es un rayo de nube a tierra, con un trazo de corta duración que aparece como un único flash muy brillante y a menudo tiene ramificaciones considerables.[21]​

Rayo bifurcado

Rayo bifurcado es un nombre, no uso formal, para rayos de nube a tierra que exhiben la ramificación de su ruta.

Rayo de tierra a nube

El rayo tierra a nube es una descarga entre la tierra y una nube cumulonimbus, que es iniciado por un trazo inicial ascendente; es mucho más raro que el rayo nube a tierra. Este tipo de rayo se forma cuando iones cargados negativamente, se elevan desde el suelo y se encuentran con iones cargados positivamente en una nube cumulonimbus. Entonces el rayo vuelve a tierra como trazo.

Rayo de nube a nube, Victoria, Australia

miniaturadeimagen

Rayo de nube a nube

Este tipo de rayos pueden producirse entre las zonas de nube que no estén en contacto con el suelo. Cuando ocurre entre dos nubes separadas; es llamado rayo inter-nube y cuando se produce entre zonas de diferente potencial eléctrico, dentro de una sola nube, se denomina rayo intra-nube. El rayo Intra-nube es el tipo que ocurre con más frecuencia.[22]​ Existe un fenómeno en la naturaleza muy poco conocido, al cual se le ha dado el nombre de centella, bolas de luz o bolas de fuego. Estas son esferas luminosas tan brillantes como las lámparas fluorescentes. El tamaño de las esferas varía de algunos centímetros a varios metros de diámetro. Pueden tomar cualquier coloración, aunque el violeta y el verde son muy raros. El fenómeno toma cuerpo en condiciones especiales y su materialización es instantánea. Algunas veces parece que el destello es continuo y, otras, intermitente. Las centellas pueden viajar paralelamente a lo largo de un conductor, cerca de una sustancia aislante, o en el seno mismo del aire. El fenómeno puede durar de unos cuantos segundos a varios minutos. Algunas centellas se desvanecen poco a poco y otras desaparecen abruptamente y, en ocasiones, explotan.

Véase también

Referencias

  1. ↑ «Récord: el rayo de mayor duración en el mundo cayó en Argentina». 4 de marzo de 2019. Consultado el 1 de julio de 2020. 
  2. ↑ Thomson, E. M.; Uman, M. A.; Beasley, W. H. (enero de 1985). «Speed and current for lightning stepped leaders near ground as determined from electric field records». Journal of Geophysical Research 90 (D5): 8136. Bibcode:1985JGR....90.8136T. doi:10.1029/JD090iD05p08136. 
  3. ↑ «Discovery Latinoamérica». www.tudiscovery.com. Consultado el 7 de agosto de 2020. 
  4. ↑ ¿Cuánta energía descarga un rayo?
  5. ↑ Aunque la palabra ceraunología no existe en el diccionario de la RAE, es una palabra técnica utilizada en meteorología.
  6. ↑ «Definición de Ceraunología». Consultado el 8 de febrero de 2012. 
  7. ↑ Micah Fink for PBS. «How Lightning Forms». Public Broadcasting System. Consultado el 21 de septiembre de 2007. 
  8. ↑ a b National Weather Service (2007). «Lightning Safety». National Weather Service. Archivado desde el original el 7 de octubre de 2007. Consultado el 21 de septiembre de 2007. 
  9. ↑ NGDC - NOAA. «Volcanic Lightning». National Geophysical Data Center - NOAA. Archivado desde el original el 25 de diciembre de 2007. Consultado el 21 de septiembre de 2007. 
  10. ↑ USGS (1998). «Bench collapse sparks lightning, roiling clouds». United States Geological Society. Consultado el 21 de septiembre de 2007. 
  11. ↑ «Electric Ice». NASA. Archivado desde el original el 30 de junio de 2007. Consultado el 5 de julio de 2007. 
  12. ↑ Theories of lightning formation
  13. ↑ Frazier, Alicia (12 de diciembre de 2005 (dead link)). «Theories of lightning formation». Department of Atmospheric and Oceanic Sciences, University of Colorado, Boulder. Archivado desde el original el 3 de junio de 2007. Consultado el 29 de julio de 2007. 
  14. ↑ Kasemir, H. W., "Qualitative Übersicht über Potential-, Feld- und Ladungsverhaltnisse bei einer Blitzentladung in der Gewitterwolke" (Qualitative survey of the potential, field and charge conditions during a lightning discharge in the thunderstorm cloud) in Das Gewitter (The Thunderstorm), H. Israel, ed. (Leipzig, Germany: Akademische Verlagsgesellschaft, 1950).
  15. ↑ Obituary: Heinz Wolfram Kasemir (1930-2007), German-American physicist: https://archive.is/20110611231459/http://www.physicstoday.org/obits/notice_157.shtml
  16. ↑ «Copia archivada». Archivado desde el original el 16 de abril de 2005. Consultado el 16 de abril de 2005. 
  17. ↑ Goulde, R.H., 1977: The lightning conuctor. Lightning Protection, R.H. Goulde, Ed., Lightning, Vol. 2, Academic Press, 545-576.
  18. ↑ Ultra slow motion video of stepped leader propagation: http://www.ztresearch.com/ .
  19. ↑ «Beaded Lightning». Glossary of Meteorology, 2nd edition. American Meteorological Society (AMS). 2000. Archivado desde el original el 30 de septiembre de 2007. Consultado el 31 de julio de 2007. 
  20. ↑ Uman (1986) Chapter 16, pages 139-143
  21. ↑ «Glossary». National Oceanic and Atmospheric Administration. National Weather Service. Consultado el 2 de septiembre de 2008. 
  22. ↑ Dr. Hugh J. Christian; Melanie A. McCook. «A Lightning Primer - Characteristics of a Storm». NASA. Archivado desde el original el 5 de marzo de 2016. Consultado el 8 de febrero de 2009. 

Fuentes

  • Gary, C.: La foudre. "Des mythologies antiques a la recherche moderne." Paris, Jassou, ISBN 2-225-84507-7 (1994)

Enlaces externos

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