Definición: Rayo atmosférico

El rayo es una poderosa descarga electrostática natural, producida durante una tormenta eléctrica. 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 rayo; es decir, el trueno.

Generalmente, los rayos son producidos por particulas positivas por la tierra y negativas a partir de nubes de desarrollo vertical llamadas cumulonimbos. Cuando un cumulonimbo alcanza la tropopausa, las cargas positivas de la nube atraen a las cargas negativas, causando un relámpago o rayo. 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.

La disciplina que, dentro de la meteorología, estudia todo lo relacionado con los rayos se denomina ceraunología.

Formación del rayo

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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.^[1] 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.^[2] 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.^[2]

El rayo también puede producirse dentro de las nubes de cenizas de erupciones volcánicas, o puede ser causado por violentos incendios forestales que generen polvo capaz de crear carga estática.^{[3] [4]}

[editar] Hipótesis de la inducción electroestática

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, superenfriandolas entre los -10 y los -20 grados centígrados. 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 continua hasta que el potencial electrico se vuelve suficiente para iniciar una descarga electrica, que ocurre cuando la distribución de las cargas positivas y negativas forman un campo eléctrico lo suficientemente fuerte.

[editar] Hipótesis del mecanísmo de polarización

El mecanismo por el cual la separación de cargas sucede sigue siendo objeto de investigación. Otra hipotesis es el mecanísmo de polarización, que tiene dos componentes: ^[5]

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

Hay varias hipotesis adicionales que explican el origen de la seperación de cargas. ^{[6] [7]}

[editar] Formación de lideres y el impacto de retorno

Ilustración de una corriente negativa (azul) encontrandose con su contraparte positiva (rojo) y formando el impacto de retorno. Haz click para ver la animación.

En una nube de tormenta que se mueve por la superficie de la Tierra, una carga eléctrica una carga 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, manteniendose por debajo de esta.

Una descarga inicial bipolar, o la 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 lideres. Los lideres cargados positiva y negativamente, generalmente conocidos como lideres de paso, avanzan en direcciones opuestas. El cargado negativamente avanza hacia abajo en una serie de saltos rápidos (pasos). El 90% de los lideres superan los 45 metros de longitud, con la mayoría entre los 50 y 100 metros. ^[8] . A medida que continúa el descendo, los lideres de paso pueden ramificarse en una serie de caminos. ^[9] La progresión de los lideres 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), el lider es casi invisible cuando se compara con el canal de rayos posterior.

Cuando un lider 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 estan cercanos a la base de la nube de tormenta, como árboles o edificios altos. Si el campo eléctrico es suficientemente fuerte, una descarga electrostática (llamada corriente positiva) puede desarrollarse a partir de estas condiciones. Esta fue teorizada por Heinz Kasemir.^{[10] [11]} A medida que el campo eléctrico aumenta, la corriente positiva puede convertirse en un lider más grande y caliente que el actual y finalmente se llegar al lider de paso que desciende desde la nube. Es también posible que muchas corrientes que se desarrollen a través de diferentes objetos simultaneamente, con uno solo haciendo contacto con el lider y formando la trayectoria de la descarga princiapl. Se han tomado fotografías de este proceso aún cuando ambas corrientes no estaban aun conectadas. ^[12]

Una vez el canal de aire ionizado se establece entre la nube y el suelo se convierte en una ruta de menos resistencia eléctrica y permite que una mayor corriente sea propagada desde el suelo para luego regresar al lider en la nube. Este es el impacto de retorno y es el que más intensidad luminosa posee, siendo también una de las partes más notables de la descarga del rayo.

[editar] Prevención de impacto de un rayo

Existen situaciones en las que el peligro de recibir el impacto de un rayo se genera en pocos minutos.

Los lugares más seguros durante una tormenta eléctrica son los automóviles, ya que conducen la electricidad al suelo por su parte exterior, no dañando a sus ocupantes.

Dentro de un edificio deben tomarse las siguientes precauciones:

• Desconéctense los aparatos electrodomésticos (en la medida de lo posible).
• No se usen teléfonos fijos, sólo inalámbricos o móviles.
• Ciérrense las puertas al salir.
• Aléjense de objetos metálicos, como estufas, cocinas, espejos, verjas, etc.
• Evítense las corrientes de aire, como abrir o cerrar bruscamente una puerta o una ventana, ya que favorecen la producción de la descarga eléctrica.
• Dentro de una casa el sitio más seguro es el centro de la habitación más grande y más baja.

Dentro de un automóvil deben tomarse las siguientes precauciones:

• Ciérrense todas las puertas y ventanas.
• No se toquen las partes metálicas del mismo.
• Por ningún motivo debe abandonarse el vehículo.

En caso de que el individuo sea sorprendido por la tormenta eléctrica mientras se encuentra al aire libre, se recomienda lo siguiente:

• En caso de haber un edificio o vehículo muy cerca, inténtese llegar a él.
• Aléjense de objetos altos (árboles, postes o cualquier objeto que sobresalga).
• Búsquese una zona que se encuentre un poco más baja que el terreno circundante.
• No debe uno acostarse, ya que la tierra húmeda conduce muy bien la electricidad.
• Agáchese lo más posible, pero tocando el suelo sólo con las plantas de los pies.
• Resguárdese en alguna cueva, lo más lejos posible de la entrada y paredes de la misma.

Está erróneamente extendido que, dada la velocidad del sonido en el aire -340 m/s-, para determinar la distancia a la que caen los rayos, sólo es necesario contar los segundos entre relámpago y trueno. Sin embargo esto, en términos generales, está lejos de la realidad. El trueno se desplaza por medio de ondas de choque y no mediante ondas acústicas ordinarias, siendo las primeras de propagación mucho más rápida que las acústicas, y de valor no constante. La velocidad de propagación de las ondas de choque ronda los 12-14 Km/s, unas cuarenta veces mayor que la del sonido. El rayo genera ondas explosivas que se propagan a través del aire, y se identifican como un chasquido inicial. Cuando el efecto sonoro es fuerte y brusco, el rayo se ha producido muy cerca del espectador, y las ondas percibidas son de tipo explosivo, que aún no se han destruido. Cuando la descarga eléctrica está muy anticipada respecto de la percepción del sonido, se oyen descargas sordas que oscilan en intensidad, y que llegan al espectador con retraso respecto del rayo. Esto indica una distancia mayor respecto del punto de descarga. Sin embargo, no es posible determinar la distancia bajo estas circunstancias, ya que la onda explosiva que transporta el sonido viaja con velocidad variable: a velocidad supersónica inicialmente, y cuando la onda explosiva se destruye a la velocidad del sonido.

[editar] Impactos de rayo

Sabina hendida por un rayo.

Como es sabido, el rayo tiende a caer en lugares altos que lo conduzcan hasta la tierra, lugar a donde debe ir a parar. Por norma general un objeto cubre el doble de distancia a la redonda que su altura; es decir, si un cuerpo mide 10 m, todos los rayos que caigan en un radio de 20 m caerán generalmente sobre él.

En caso de sufrir la caída de un rayo, la probabilidad de muerte no es tan grande como puede parecer, ya que el 94% de los afectados sobreviven. No obstante, hay que tener presente que, si bien el impacto no resulta mortal, las secuelas pueden ser permanentes. Algunas de las consecuencias son las siguientes:

• Funcionamiento irregular de órganos temporal o permanente.
• Muerte de miembros u órganos.
• Pérdida de la capacidad de sentir el frío, consecuencia que, aunque simple, resulta muy incómoda: es muy frecuente en personas con este problema contraer catarros, gripes, pulmonías e hipotermias, que pueden llevarlos a la muerte.

Aún teniendo la fortuna de no sufrir estas secuelas, son muchos los casos que precisan tratamiento psicológico para que el afectado elabore su accidente y el consecuente miedo que probablemente sienta por las tormentas, lluvias o incluso las simples nubes.

[editar] Tipos de rayos

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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.

[editar] Rayo nube a tierra

Es el más conocido y el segundo tipo más común. De todos los tipos de rayos, éste 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.

[editar] 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 enfrian más lentamente y permanecen aun visibles, pareciendo una cadena de perlas .^{[13] [14]}

[editar] 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.^[15]

[editar] Rayo bifurcado

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

[editar] Rayo 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. Éste 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 de retorno.

[editar] Rayo nube a nube

Multiples rutas de un rayo nube a nube, Swifts Creek, Australia

Cloud-to-cloud lightning, Victoria, Australia

Este tipo de rayos pueden producirce entre las zonas de nube que no esten 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.^[16]

[editar] Datos relevantes

[editar] Véase también

• Rayo globular
• Relámpago
• Pararrayos
• Relámpago del Catatumbo

[editar] Referencias

1. ↑ Micah Fink for PBS. «How Lightning Forms». Public Broadcasting System.
2. ↑ ^{a b} National Weather Service (2007). «Lightning Safety». National Weather Service.
3. ↑ NGDC - NOAA. «Volcanic Lightning». National Geophysical Data Center - NOAA.
4. ↑ USGS (1998). «Bench collapse sparks lightning, roiling clouds». United States Geological Society.
5. ↑ «Electric Ice». NASA. Consultado el 2007-07-05.
6. ↑ Theories of lightning formation
7. ↑ Frazier, Alicia (December 12, 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 2007-07-29.
8. ↑ Goulde, R.H., 1977: The lightning conuctor. Lightning Protection, R.H. Goulde, Ed., Lightning, Vol. 2, Academic Press, 545-576.
9. ↑ Ultra slow motion video of stepped leader propagation: http://www.ztresearch.com/ .
10. ↑ 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).
11. ↑ Obituary: Heinz Wolfram Kasemir (1930-2007), German-American physicist: http://www.physicstoday.org/obits/notice_157.shtml
12. ↑ http://web.archive.org/web/20050416080351/http://www.erh.noaa.gov/er/lwx/lightning/lgtng-hits-tree.jpg
13. ↑ «Beaded Lightning». Glossary of Meteorology, 2nd edition. American Meteorological Society (AMS) (2000). Consultado el 31-07-2007.
14. ↑ Uman (1986) Chapter 16, pages 139-143
15. ↑ «Glossary». National Oceanic and Atmospheric Administration. National Weather Service. Consultado el 02-09-2008.
16. ↑ Dr. Hugh J. Christian; Melanie A. McCook. «A Lightning Primer - Characteristics of a Storm». NASA. Consultado el 08-02-2009.

[editar] Fuentes

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

[editar] Enlaces externos

• Rayo Educación para la Reducción del Riesgo de Desastres
• Relámpagos Nocivos NASA
• Formación del rayo
• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Relámpagos. Commons
• Wikcionario tiene definiciones para rayo.Wikcionario
• Wikiquote alberga frases célebres de o sobre Rayo. Wikiquote