Qué son y cómo se forman los rayos, las impresionantes descargas eléctricas que asustan y fascinan por igual
La buena noticia es que la probabilidad de que este año nos impacte un rayo es de menos de una entre un millón. Una noticia mejor aún es que el 90% de las personas que reciben el impacto de un rayo sobreviven. Aún así, conviene siempre evitar riesgos cuando estamos hablando de fenómenos atmosféricos tan violentos como estos.
Los rayos causan tanto temor como fascinación, una fascinación que nos lleva a veces a plantearnos preguntas sobre la naturaleza de estas inmensas columnas eléctricas.
Qué es un rayo
Los rayos son descargas eléctricas (cada rayo puede generar varias descargas), generalmente de muy alta potencia, que se producen en las nubes. Se trata de fenómenos meteorológicos que, si bien tienen su origen en la atmósfera, en ocasiones alcanzan la superficie de la Tierra.
Solemos asociar los rayos a las tormentas y a ciclones, pero estas descargas pueden darse en otros contextos, por ejemplo durante erupciones volcánicas, durante incendios de cierta intensidad o cuando se detonan armas nucleares.
Cómo se forma un rayo
Los rayos suelen darse en condiciones de tormenta y, lo cierto es que no sabemos del todo cómo. Sabemos que en determinadas condiciones, las nubes pueden ir acumulando cargas eléctricas tanto positivas como negativas. En estos casos, el aire actúa como aislante entre zonas de acumulación positiva o negativa, así como entre estas zonas y la Tierra.
Llegado cierto punto, la acumulación de estas cargas supera un umbral que hace que esta capacidad aislante del aire ceda. Entonces toda esa acumulación de cargas genera una corriente eléctrica capaz de recorrer largas distancias (incluso de varios cientos de kilómetros). La descarga permite que la carga eléctrica se equilibre, pero las cargas de nuevo pueden ir acumulándose hasta el siguiente rayo.
Lo que aún sigue resultándonos un misterio es el comienzo de este proceso, cómo se acumulan las cargas positivas o negativas en ciertas regiones. La hipótesis principal sugiere que el origen de esta acumulación está en unas diminutas partículas de granizo (también denominadas graupel) que van creciendo a medida que se topan con gotas de agua superfrías (en estado líquido pero con temperaturas por debajo de la de congelación).
En las tormentas eléctricas, estas partículas heladas entrarían frecuentemente en colisión, al chocar con otras partículas heladas. Estas colisiones harían que las cargas de las distintas partículas fueran ganando carga de uno u otro signo.
Diferencia entre rayos, truenos y relámpagos
Las descargas eléctricas suelen ser invisibles al ojo humano y tampoco generan ruido, pero este no es el caso de los rayos. Los rayos generan no solo un destello de luz intensa, también un importante estruendo.
A la senda luminosa zigzagueante del rayo la denominamos relámpago. Al atravesar la atmósfera, la descarga eléctrica hace que el aire se caliente hasta superar temperaturas de 27.000º Ceslius, una temperatura mayor que la que se observa en la superficie del Sol. Esto hace que el aire se vuelva incandescente, generando el relámpago.
Un calentamiento tan rápido e intenso del aire tiene otro efecto, hacer que este “explote” hacia afuera. Este rápido movimiento del aire es el responsable del segundo elemento que conforma el rayo, el sonido o, en otras palabras, el trueno.
Luz y sonido se desplazan por la atmósfera a velocidades muy distintas. Esto es lo que hace que podamos ver el rayo incluso segundos antes de que su sonido alcance nuestros tímpanos. Este desfase da pie a un viejo truco para medir la distancia a la que la tormenta se encuentra de nosotros. Si contamos los segundos de desfase entre luz y sonido y dividimos el resultado entre tres podremos estimar la distancia en kilómetros a la que se ha producido el rayo.
Tipos de rayos
Destellos nubosos y nube-a-nube
Entre los rayos convencionales podemos distinguir varios tipos en función de la ubicación de los puntos que unan. El primero de los grupos que podemos distinguir es el de los destellos nubosos. La mayoría de los rayos nunca llegan al suelo, de hecho es habitual que ni siquiera escapen de la nube en la que se producen. Estos rayos suelen denominarse también de intra-nube.
Dentro de la categoría de rayos que nunca alcanzan el suelo existen algunos cuyo recorrido escapa parcialmente de la nube e incluso algunos que se inician en una nube y alcanzan otra nube distinta.
Nube-a-superficie
Distinguimos estos destellos nubosos y rayos de aquellos que sí logran alcanzar la superficie terrestre. Este tipo de descargas ocurren de arriba hacia abajo, al menos cuando suceden de forma natural.
Los rayos que unen nube y superficie pueden ser tanto negativos como positivos en función de dónde se ubiquen las respectivas carga negativa y positiva. Los negativos son los rayos más habituales (representan alrededor del 95% de los impactos). En estos rayos las nubes acumulan carga negativa y la Tierra carga positiva. Cuando el rayo abre el canal, la carga negativa se traslada de la nube al suelo, de ahí el nombre.
Los rayos positivos son menos frecuentes pero a la vez más poderosos. El motivo está en que estos se originan en zonas más altas de la nube, por lo que deben recorrer más distancia. Esto a su vez implica que acumulan más energía antes de la descarga.
Otros eventos singulares
Sin embargo existe una categoría distinta a la que denominamos eventos luminosos transitorios, o TLE por sus siglas en inglés (transient luminous events). Estos fenómenos son mucho menos frecuentes, más difíciles de observar y, como consecuencia de esto, mucho más misteriosos.
Qué potencia tiene un rayo
La fuerza de un rayo puede variar considerablemente en función de las condiciones atmosféricas y de la superficie de la Tierra. Según explica el Servicio Meteorológico Nacional de los Estados Unidos, un rayo “típico” puede descargar alrededor de 30.000 amperios con 300 millones de voltios.
Sin embargo, señalábamos antes que un rayo positivo puede transportar mucha más engería. Según la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), el organismo del que depende el servicio meteorológico estadounidense, este tipo de descargas pueden ser un orden de magnitud superiores, descargando 300.000 amperios con 1.000 millones de voltios.
Muchos se preguntarán por qué no aprovechamos esta energía y la respuesta es que, hoy por hoy, existen demasiadas dificultades como para hacer esta tecnología realidad. Primero, hay que tener en cuenta que los rayos son fenómenos transitorios que pueden ocurrir en lugares diversos: para conseguir su energía tendríamos que desplazarnos hacia la tormenta.
En segundo lugar, esta transitoriedad e incontrolabilidad implica que no podríamos simplemente dejar que la descarga fluyera a la red eléctrica sino que tendríamos que almacenarla para después utilizarla de forma controlada. Para ello necesitamos equipos adecuados y mucho más resistentes de los que tenemos hoy en día: la enorme potencia de la descarga, que podría “freír” muchos de los aparatos que deberíamos emplear para captar estas descargas.
Imagen | Dmitry Zvolskiy
