Los rayos son uno de los fenómenos más impresionantes que la Naturaleza nos brinda. Ya sea en una tormenta de verano, grandes huracanes, tormentas eléctricas, erupciones volcánicas o incendios forestales, los rayos son fenómenos omnipresentes en el cielo que han fascinado a las personas desde tiempos inmemoriales.
En un pasado lejano, como les sucede hoy a algunos animales, rayos y truenos han sido incluso temidos y venerados por algunas culturas debido al desconocimiento del mecanismo por el que se producen. Hoy, sin embargo, sabemos algunas cosas más sobre estas descargas eléctricas que iluminan el cielo repentinamente y provocan un estruendo que en ocasiones puede dar la impresión de que este, como creían los galos de la aldea de Astérix, va a caer sobre nuestras cabezas.
¿Qué es un rayo?
Los rayos son enormes descargas eléctricas atmosféricas que se producen entre las nubes, el aire y la superficie de la Tierra. Las nubes en la atmósfera están cargadas eléctricamente y esta carga puede ser positiva y negativa. El propio aire en la atmósfera actúa como aislante de estas cargas, bien en las propias nubes o entre las nubes y el suelo.
Sin embargo, cuando las cargas opuestas se acumulan en las nubes lo suficiente, esta capacidad aislante del aire se rompe y se produce una rápida descarga de electricidad que conocemos como rayo. Esta descarga iguala las cargas entre las dos regiones de la atmósfera afectadas hasta que las cargas opuestas se vuelven a acumular para dar lugar a otro rayo.
¿Es lo mismo un rayo que un relámpago?
Ambas palabras suelen emplearse para describir el mismo fenómeno, sin embargo, para los más puristas en la materia el relámpago solo haría referencia a la emisión de luz que acompaña a un rayo.
¿Qué es un Rayo?
¿Cómo se forman los rayos en las tormentas?
La formación de un rayo es un proceso complicado. En general, sabemos qué condiciones se necesitan para producir un rayo, pero todavía hay debate sobre cómo una nube acumula cargas eléctricas y cómo se forman los rayos.
Como decíamos unas líneas atrás la formación de un rayo comienza con la electrificación de las nubes, es decir con la acumulación de cargas positivas y negativas en estas. El mecanismo es poco conocido, pero básicamente involucra la fricción entre partículas de hielo, gotas de agua y granizo -a las que los científicos conocen como graupel- liberando cargas y creando polaridades entre diferentes regiones con diferencias en el potencial eléctrico que van desde 100 millones a los 1000 millones de voltios.
Se trata de cargas enormes, pero conviene tener en cuenta que las nubes de tormenta son estructuras gigantescas, cuya base, la que nosotros podemos observar desde la Tierra, se encuentra a 2 o 3 kilómetros del suelo, pero cuya parte superior puede alcanzar los 20 kilómetros de altura y su diámetro los 10 o 20 kilómetros.
Una vez se producen, los rayos se ramifican a medida que las cargas eléctricas buscan el camino de menor resistencia en lugar del camino más corto, que sería una línea recta. Este camino de menor resistencia está determinado por las diferentes características eléctricas de la atmósfera, que no es homogénea, y esta es la razón por la que observamos los rayos zigzagueando y retorciéndose en el cielo.
En una nube de tormenta clásica, los cristales de hielo y las gotas de agua se mueven a gran velocidad a consecuencia de los fuertes vientos. La fricción y los choques entre cristales y gotitas de agua dan lugar a cargas eléctricas. Cuando la carga acumulada llega a un cierto valor, se produce el rayo. La chispa es la luminosidad instantánea producida por este rayo. El trueno es el sonido que se origina.
Avalancha de electrones
Analicemos con más detalle cómo se produce esta avalancha. Cuando un electrón de muy alta energía colisiona contra un átomo de la atmósfera, el principal efecto será arrancar muchos de sus electrones. La mayoría de estos electrones arrancados serán lentos, no se alejarán demasiado del lugar.
Pero en cada choque se producirán uno o dos electrones que concentrarán la mayor parte de la energía del electrón incidente. Por lo tanto, se moverán a una velocidad cercana a la de la luz, y podrán avanzar lo suficiente en el si del campo eléctrico como para recuperar la suficiente energía y producir una nueva colisión entre 50 y 100m más allá.
Ahora bien, los electrones que salen disparados tras una colisión lo hacen en direcciones aleatorias. Por conservación de la energía y el momento, lo más probable es que se muevan más o menos en la misma dirección que tenía el electrón original, pero pueden salir con cierta inclinación.
Incluso es posible que en una colisión se produzcan dos electrones en direcciones diferentes, lo cual provoca que la trayectoria de la avalancha se bifurque en numerosas ramas. Hay que tener en cuenta que esta avalancha, en si, transporta una corriente relativamente pequeña y produce un resplandor muy pequeño, en comparación con las grandes descargas que se producen después.
Cuando la avalancha se aproxima a la superficie de la Tierra, la atracción eléctrica entre sus electrones (negativos) y las cargas positivas que se han concentrado en el suelo es capaz de de arrancar estas últimas, que empiezan a volar al encuentro del líder. Es decir, se forma un segundo líder positivo y ascendente.
Recordemos que el paso del líder deja tras de si un sin fin de electrones lentos e iones positivos. Es decir, tenemos cargas que se pueden mover libremente a lo largo de toda la trayectoria que ha ido siguiendo la avalancha. Este camino conductor, de apenas un centímetro de diámetro, da vía libre las cargas negativas acumuladas en la base de la nube, y las positivas que quedan en la superficie terrestre.
Como están más cerca del punto en que se cierra el circuito, las primeras cargas que empiezan a moverse a través del canal conductor son los electrones lentos y los iones positivos que hay en la parte baja de la trayectoria. Los electrones descenderán hacia el suelo (atraidos por las cargas positivas acumuladas allí), mientras que los iones volarán hacia arriba (debido a la atracción de las cargas negativas en la base de la nube).
Poco después, entran en movimiento las electrones e iones que se encuentran un poco más arriba. Por ese motivo, da la impresión que esta descarga va subiendo. Aunque, en realidad, hay partículas que se mueven en ambas direcciones.
Tipos de rayos
Como ya sabemos, los rayos son descargas eléctricas atmosféricas. Todos los rayos tienen esto en común, pero pueden clasificarse en distintos tipos dependiendo de su punto de inicio y final, y del modo en que se propagan. De este modo podemos encontrar:
- Rayos de nube a tierra: son algunos de los rayos más comunes y conocidos. Generalmente se asocian con tormentas de supercélulas y regiones de precipitación. Suelen ir seguidos de un movimiento de retorno ascendente.
- Rayos de nube a aire: se trata de descargas que se producen desde la nubes, generalmente cumulonimbos, al aire. Suelen ser muy rápidos y abruptos.
- Rayos intranube: Son sin duda el tipo de rayos que más se produce, y tiene lugar entre dos regiones diferentes de una misma nube.
- Rayos de nube a nube: son raros hasta cierto punto, y son los que se producen entre dos nubes. Describen una trayectoria horizontal en el cielo.
- Rayos de tierra a nube: Son comunes en nubes altas y rascacielos. Se pueden distinguir por que la ramificación del rayo se produce de modo ascendente.
¿Por qué los rayos producen truenos?
Aunque generalmente son vistos como fenómenos distintos, el trueno no es otra cosa que el efecto acústico producido por un rayo. Un trueno se produce debido al calentamiento repentino que produce un rayo en el aire que le rodea, el cual se expande y contrae rápidamente dando lugar a una onda de presión ultrasónica, causando el familiar estruendo del trueno.
¿Cuál es el lugar del mundo en que caen más rayos?
Hasta hace muy poco tiempo, los científicos creían que los montes Mitumba, en África central, eran el lugar donde caían más rayos del mundo, pero los nuevos datos obtenidos de imágenes de satélite de alta resolución otorgan el récord al lago Maracaibo, en Venezuela.