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¿Cómo se producen los rayos?



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Predeterminado ¿Cómo se producen los rayos?


Los rayos son uno de los espectáculos más impresionantes que la naturaleza nos brinda, sin necesidad de reservar ni comprar entrada. Además, no es un evento nada exclusivo, entre cuarenta y cincuenta rayos golpean la Tierra cada segundo; aunque el 70% de los mismos se concentran en las zonas tropicales.

El mecanismo que los genera siempre ha intrigado a los científicos, y de hecho aún hay bastantes cosas que no comprendemos del todo. Uno de los puntos que durante años ha sido un misterio es que, según todo lo que sabemos del electromagnetismo, los rayos no deberían poder producirse en el aire.

El proceso consta de tres pasos. En primer lugar, se produce una separación de cargas eléctricas dentro de las nubes de tormenta. La parte inferior queda con carga negativa, mientras que las cúspides de los cumulonimbos adquiere carga positiva. En segundo lugar, la carga negativa de la parte baja del nubarrón induce en la superficie terrestre otra carga positiva.

Pero un sistema con cargas netas es inestable porque, como sabemos, las cargas de signos opuestos se atraen. Cuando esta fuerza de atracción entre zonas con cargas de signo diferente es demasiado alta, se produce una descarga. Esa descarga es lo que llamamos rayo, no son más que cargas positivas que viajando hacia las negativas, y viceversa, procurando neutralizar toda la carga neta.

El problema es que en el aire normalmente no se pueden producir descargas, porque es un buen aislante eléctrico. Durante algunos años, se pensó que lo que ocurría es que el campo eléctrico causado por la separación de cargas era capaz de ionizar los átomos del aire arrancando alguno de sus electrones. El electrón negativo y el ión positivo serían portadores de carga que podrían moverse, generando la descarga.

Este proceso se conoce con el nombre de ruptura dieléctrica, y es fácil de producir a pequeña escala. Básicamente, cualquier chispa eléctrica funciona así. Para producirse, necesita un campo eléctrico bastante elevado, así que lo único que hacía falta para confirmar esta teoría era asegurarse que la separación de cargas en la nube es suficiente para llegar a producir dicho campo.

En una perfecta aplicación del método científico, se enviaron sondas al interior de las nubes de tormenta para realizar las pertinentes mediciones. Para sorpresa de todo el mundo, se encontró que el campo en el interior de la nube era demasiado pequeño para producir la ruptura dieléctrica del aire, así que esta no debe ser la explicación correcta.

No fue hasta 1992 que Alex Gurevich encontró una respuesta: las nubes reciben ayuda del espacio exterior para desencadenar la descarga eléctrica que llamamos rayo. No, no es una locura ni tiene nada que ver con hombrecillos verdes. Es una teoría científica, y todas las mediciones realizadas en los últimos 18 años parecen apoyarla.


En el interior de la tormenta se producen fuertes corrientes ascendentes, que arrastran las pequeñas gotas de agua que forman la propia nube. Al subir, estas gotitas se enfrían muy rápidamente, hasta varias decenas de grados bajo cero.

Todos pensaríamos que a tan bajas temperaturas el agua se congelaría de forma instantánea. Pero no tiene porqué ser así. El cambio de fase se desencadena sí se produce una perturbación. Esto ha pasado en algunos sótanos inundados bajo cero, lo que llamamos agua sobre-enfriada: al intentar entrar una persona, el agua se congela rápidamente al rededor de sus pies, atrapándolo.

En el caso de las gotas sobre-enfriadas en el interior de la nube de tormenta, esta perturbación se puede producir por la presencia de una partícula de polvo llamada núcleo de condensación (en cuyo caso, la gota se convertirá en un copo de nieve, o de granizo), o bien por la colisión de la gota con un cristal de hielo previamente formado.

En el caso de la colisión con un trozo de hielo preexistente, lo habitual es que el agua que contenía la gota se congele inmediatamente y quede adherida al hielo. De esta forma, se va formando un cristal de hielo cada vez más grande, hasta que pesa demasiado como para que las corrientes ascendentes lo mantengan, y se precipite al suelo en forma de granizo suave. Este proceso se conoce como acreeción.

Pero en ocasiones, no toda el agua de la gota queda adherida al hielo. Una parte puede sobrevivir y convertirse en un minúsculo cristal de hielo. Además, lo normal es que a causa de la colisión haya una pequeña transferencia de carga, de forma similar a que podemos cargar eléctricamente una regla de plástico frotándola con lana.

De esta forma, el pequeño cristal de hielo se queda con un poco de carga positiva. Como es muy pequeño, las corrientes ascendentes lo siguen arrastrando hacia arriba. Por otra parte, el copo de granizo suave queda con carga negativa, y como es más pesado permanece en la zona baja de la nube.

Así pues, con el tiempo, la zona superior de la nube queda cargada positivamente, mientras que las cargas negativas se acumulan en la zona más cercana al suelo.

Esta proximidad con el suelo hace que aún ocurran más cosas. Podemos considerar la Tierra como un conductor enorme, es decir, las cargas eléctricas que hay en su interior se pueden mover con cierta libertad. Como las cargas de signos opuestos se atraen, la presencia de una zona con mucha carga negativa en la parte inferior de la nube induce una zona de carga positiva en el suelo, justo por debajo de la nube, que sigue todos sus movimientos.

En definitiva, tenemos dos zonas donde se ha acumulado carga positiva (en la cima de la nube y en el suelo), mientras que en el medio hay una zona de carga negativa.

Via: Genciencia 1 | Genciencia 2




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