Rayo

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Representación de un rayo.

El rayo es una poderosa descarga natural de electricidad estática, producida durante una tormenta eléctrica; generando 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.

La probabilidad de ser alcanzado por un rayo es de 1 en 2 320 000.[cita requerida] En promedio, un rayo mide 1 1/2 kilómetros y el más extenso fue registrado en Texas y alcanzó los 190 km de longitud.[cita requerida] Un rayo puede alcanzar la velocidad de 200 000 km/h.[cita requerida] La diferencia de potencial es mil millones de voltios con respecto al suelo.[cita requerida] Cada año se registran 16 000 000 de tormentas con rayos.[1] [cita requerida]

Generalmente, los rayos son producidos por partículas 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 gigawatt (mil millones de vatios),[cita requerida] 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.[2] [3]

Formación del rayo[editar]

Relámpago del Catatumbo, Venezuela. La fábrica de ozono de la Madre Naturaleza. 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.[4] 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.[5] Se cree que el hielo es el elemento clave en el desarrollo, propiciando una separación de las cargas positivas y negativas dentro de la nube.[5]

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.[6] [7]

Hipótesis de la inducción electrostática[editar]

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[editar]

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: [8]

  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.[9] [10]

Ruta principal e impacto de retorno[editar]

Ilustración de una corriente negativa (azul) encontrándose con su contraparte positiva (rojo) 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.[11] [12] 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 aún cuando ambas corrientes no estaban aún conectadas.[13]

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.[14] 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.[15] 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

Impactos del rayo[editar]

Sabina herida por un rayo.

Tipos de rayos más conocidos[editar]

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[editar]

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[editar]

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 aún visibles, pareciendo una cadena de perlas y raramente se elevan en el cielo esparciendo una luz a lo largo del rayo .[16] [17]

Rayo Staccato[editar]

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.[18]

Rayo bifurcado[editar]

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[editar]

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[editar]

Múltiples rutas de un rayo nube a nube, Swifts Creek, Australia
Cloud-to-cloud lightning, Victoria, Australia

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.[19] 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. Éstas 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.

Datos relevantes[editar]

Relampago.jpg
Rayos by Deus.jpeg
Lightning strike jan 2007.jpg

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. http://www.tudiscovery.com/experiencia/contenidos/rayos/
  2. Aunque la palabra ceraunología no existe en el diccionario de la RAE, es una palabra técnica utilizada en meteorología.
  3. «Definición de Ceraunología». Consultado el 8 de febrero de 2012.
  4. Micah Fink for PBS. «How Lightning Forms». Public Broadcasting System.
  5. a b National Weather Service (2007). «Lightning Safety». National Weather Service.
  6. NGDC - NOAA. «Volcanic Lightning». National Geophysical Data Center - NOAA.
  7. USGS (1998). «Bench collapse sparks lightning, roiling clouds». United States Geological Society.
  8. «Electric Ice». NASA. Consultado el 05-07-2007.
  9. Theories of lightning formation
  10. 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 June 3, 2007. Consultado el 29-07-2007.
  11. 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).
  12. Obituary: Heinz Wolfram Kasemir (1930-2007), German-American physicist: http://www.physicstoday.org/obits/notice_157.shtml
  13. http://web.archive.org/web/20050416080351/http://www.erh.noaa.gov/er/lwx/lightning/lgtng-hits-tree.jpg
  14. Goulde, R.H., 1977: The lightning conuctor. Lightning Protection, R.H. Goulde, Ed., Lightning, Vol. 2, Academic Press, 545-576.
  15. Ultra slow motion video of stepped leader propagation: http://www.ztresearch.com/ .
  16. «Beaded Lightning». Glossary of Meteorology, 2nd edition. American Meteorological Society (AMS) (2000). Consultado el 31-07-2007.
  17. Uman (1986) Chapter 16, pages 139-143
  18. «Glossary». National Oceanic and Atmospheric Administration. National Weather Service. Consultado el 02-09-2008.
  19. Dr. Hugh J. Christian; Melanie A. McCook. «A Lightning Primer - Characteristics of a Storm». NASA. Consultado el 08-02-2009.

Fuentes[editar]

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

Enlaces externos[editar]