Uno de los espectáculos más impresionantes de la Madre Naturaleza son las tormentas, fenómenos atmosféricos que han fascinado e intimidado a la humanidad desde tiempos inmemoriales. Ya sea en una tormenta de verano, grandes huracanes, tormentas eléctricas, erupciones volcánicas o incendios forestales, los rayos son fenómenos omnipresentes en el cielo.
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.
Las tormentas se pueden formar en una amplia variedad de escenarios y su comportamiento depende del entorno en que se desarrollan. Están asociadas a los cumulonimbos, responsables de fenómenos atmosféricos violentos.
Para que una tormenta se forme es necesario que un centro de baja presión se desarrolle con un sistema de alta presión que lo rodea. El contraste térmico y otras propiedades de las masas de aire húmedo dan origen al desarrollo de fuertes movimientos ascendentes y descendentes produciendo fuertes lluvias y vientos en la superficie e, incluso, descargas eléctricas.
¿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.
¿Cómo se forman los rayos? 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.
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.
Tipos de rayos.
El Ciclo de Vida de una Tormenta
Se puede establecer una analogía entre las distintas etapas en que se divide la vida humana y el ciclo vital de una tormenta, que vamos a describir con cierto detalle en las siguientes líneas. Tras la gestación de la misma, su desarrollo alcanza el momento culminante durante la fase de madurez, para iniciar a partir de ahí su declive, hasta finalmente desaparecer.
Todo se puede reducir a tres etapas fundamentales, precedidas de un entorno meteorológico favorable. Describiremos el ciclo de vida de una tormenta ordinaria, también conocida como de masa de aire.
Las tormentas comienzan a adquirir protagonismo en primavera y acontecen también durante el verano y la primera parte del otoño. La convección es el principal proceso físico que contribuye a su formación, aunque no es el único ingrediente, ya que si fuera así tendríamos tormentas prácticamente todos los días que abarcan el periodo anteriormente descrito.
El calentamiento del aire situado junto al suelo genera corrientes ascendentes de aire (convectivas), conocidas como térmicas. Estas corrientes son las que aprovechan muchas aves rapaces para ganar sustentación y mantenerse durante mucho tiempo volando en círculos sin apenas emplear esfuerzo en ello.
Si el aire caliente al ascender alcanza el nivel de condensación, empieza a formarse un pequeño cúmulo (Cumulus humilis). La cosa puede quedar ahí, o esa nubecita puede seguir engordando y creciendo en la vertical. Esta será su evolución si el aire que va encontrándose la térmica al ascender es más frío del normal en los diferentes niveles atmosféricos que va alcanzando, lo que en el argot meteorológico es lo mismo que decir que hay inestabilidad atmosférica.
Si la nube convectiva sigue aumentando de tamaño -por darse condiciones favorables para ello-, pasará a convertirse en un Cumulus mediocris. El crecimiento de esa nube marca el inicio de la primera etapa de la tormenta.
¿Cómo se FORMA una TORMENTA ELÉCTRICA? 🌩️⚡ | Definición y Fases de una Tormenta Eléctrica
Fase de cúmulo o desarrollo
Durante esta fase, en la nube dominan solamente los ascensos de aire. Estas corrientes ascendentes son bastante importantes, con velocidades del orden de los 15 m/s (aprox. 50 km/h) en la parte central del cúmulo, en el nivel donde se sitúa la isoterma de cero grados. Las ascendencias no se manifiestan únicamente en el interior de la nube, sino también por debajo y por encima, lo que se traduce en turbulencia atmosférica.
Esta fase de cúmulo o de desarrollo tiene una duración de entre 15 y 30 minutos, y durante todo ese tiempo se condensa una gran cantidad de vapor de agua, formándose una gran cantidad de gotitas de nube que, cada minuto que pasa, aumentan de grosor, dando como resultado las protuberancias que definen el contorno del cúmulo, que termina convertido en un majestuoso Cumulus congestus.
A lo largo de la fase de desarrollo, que dura entre 15 y 30 minutos, se condensa una gran cantidad de agua. El tope de la nube es blanco resplandeciente, en gran medida por el hielo que la forma.
Al superar la nube la isoterma de 0 ºC, en el interior de su parte superior empieza a haber granizos que coexisten con gotas de agua muy fría. El tope de la nube es de color blanco resplandeciente, en gran medida por el hielo que la forma, de elevado poder reflectante.
Llega un momento en que las gotas y los granizos alcanzan un tamaño tal que la fuerza ascensional no puede evitar su caída. Con la primera corriente descendente asociada a esa precipitación se inicia la siguiente fase.
Fase de madurez
Esta etapa del ciclo de vida de una tormenta se caracteriza porque en ella coexisten en el interior de la nube tormentosa ascensos y descensos de aire, si bien estos últimos van ganando protagonismo frente a los primeros. Al producirse la precipitación en el interior del gigantesco cúmulo, los hidrometeoros arrastran en su caída aire muy frío de los niveles superiores.
Hay un factor que contribuye a intensificar aún más esas corrientes descendentes, enfriando más el aire; se trata de la evaporación que tiene lugar en ese largo recorrido hacia abajo.
A diferencia de lo que ocurre durante la fase de desarrollo, en que la condensación del vapor de agua libera una enorme cantidad de calor latente, en el caso de la evaporación se absorbe calor del entorno, produciéndose el citado enfriamiento. Esta es la razón por la que “al romper” la tormenta desciende de forma tan acusada la temperatura, aparte de las violentas ráfagas que genera el aire frío al impactar contra el suelo y esparcirse.
Las descendencias pueden llegar a acercarse a los 50 km/h, mientras que, más arriba, las ascendencias alcanzan su máxima intensidad, pudiendo acercarse a los 120 km/h.
Las corrientes de aire ascendentes pueden llegar a alcanzar los 120 km/h. En la fase de madurez, la célula tormentosa puede alcanzar un diámetro de 200 km2.
La fase de madurez dura entre 20 y 30 minutos; el Cumulus congestus, impulsado por esas vigorosas ascendencias, alcanza el nivel de la tropopausa -su máxima altura-, superándolo a veces. La nube se convierte en un Cumulonimbus calvus, evolucionando no pocas veces a uno incus, con su característica forma de yunque.
El diámetro de la célula tormentosa es también máximo, llegando a ocupar una superficie de unos 200 km2. La actividad tormentosa alcanza su momento culminante. Aparte de los fuertes aguaceros, ocasionalmente con granizo llegando al suelo, se producen los rayos y tanto en el interior como en el entorno de esa gran estructura nubosa la turbulencia se vuelve peligrosa.
Fase de disipación
La última fase de la tormenta, de aproximadamente media hora de duración, viene marcada por el final de la convección. Se corta el suministro del “combustible” que hasta ese momento había hecho crecer a la nube, principalmente en la vertical. Las descendencias de aire pasan a dominar la totalidad del moribundo cúmulo.
El tope nuboso se transforma, desaparecen las protuberancias en la parte superior y queda el yunque. Esta estructura, fácilmente identificable, termina convertida en una inofensiva nube estratiforme.
Con frecuencia, el yunque despliega una cabellera de cirros (Cumulonimbus incus capillatus), debido a los intensos vientos que soplan en el nivel de la tropopausa. Es la señal visual que nos indica que la tormenta está entrando en su recta final.
Al principio de la fase de disipación, la nube tormentosa es bastante peligrosa, ya que mantiene la actividad eléctrica y deja fuertes aguaceros, que van a menos, hasta que finalmente remiten, coincidiendo con la disipación progresiva de la “reina de las nubes”, tal y como puede leerse en algún tratado de Meteorología.
Ciclo de vida de una tormenta. Fuente: Meteored.
Tipos de Tormentas
Aunque la formación es similar, pueden distinguirse diferentes tipos de tormentas atendiendo a sus características:
- Tormenta eléctrica: se caracteriza por la presencia de rayos y truenos. Se originan a partir de cumulonimbos, y están acompañadas por vientos fuertes, y a veces también por lluvia abundante, nieve o granizo.
- Tormenta de arena o polvo: sucede en las regiones áridas y semiáridas del mundo. El viento desplaza una gran masa de partículas a una velocidad de más de 40km/h.
- Tormenta de nieve o de granizo: cae agua en forma de nieve o granizo.
- Tormenta tropical: fenómeno meteorológico parte de la evolución de un ciclón tropical.
Diferencia entre Lluvia y Tormenta
La lluvia y la tormenta son dos fenómenos meteorológicos relacionados pero distintos en términos de intensidad y características asociadas, ambos fundamentales para comprender el comportamiento de la atmósfera terrestre y el ciclo hidrológico.
Lluvia
La lluvia es la precipitación de agua en forma de gotas líquidas que caen desde las nubes hacia la superficie terrestre. Es un fenómeno meteorológico común y esencial en el ciclo hidrológico, que implica la evaporación, condensación y precipitación del agua. La lluvia puede ser de intensidad variable, desde lloviznas leves hasta lluvias intensas, y su frecuencia e intensidad varían según factores geográficos y temporales.
Tormenta
Una tormenta, por otro lado, es un fenómeno meteorológico más complejo e intenso que la lluvia. Se caracteriza por la presencia de una o más de las siguientes condiciones: fuertes vientos, lluvias intensas, truenos, relámpagos, granizo y, a veces, incluso tornados. Las tormentas se forman debido a cambios bruscos en la atmósfera, como diferencias de temperatura y humedad, y pueden causar daños significativos debido a las condiciones extremas que las acompañan.
En resumen, la principal diferencia entre la lluvia y la tormenta radica en la intensidad y las características asociadas al fenómeno meteorológico. Mientras que la lluvia se refiere específicamente a la precipitación de agua, una tormenta implica condiciones más extremas y potencialmente peligrosas.
Tormentas Secas
Las tormentas secas, también conocidas como tormentas de virga, son tormentas en las que se forman precipitaciones pero no llegan a la superficie terrestre, evaporándose en el aire antes de alcanzar el suelo. Estas tormentas pueden presentar características típicas de las tormentas, como relámpagos, truenos y fuertes vientos, pero sin la presencia de lluvia en la superficie.
Las tormentas secas suelen formarse en condiciones de baja humedad en la atmósfera, especialmente en regiones áridas o semiáridas. En estas condiciones, las gotas de lluvia que caen desde las nubes se evaporan antes de llegar al suelo debido a la baja humedad relativa y a la alta temperatura en la capa atmosférica inferior. La evaporación de las gotas de lluvia enfría el aire, lo que puede generar corrientes descendentes de aire frío que a su vez provocan fuertes vientos y la formación de nubes de polvo.
A pesar de la ausencia de lluvia, las tormentas secas pueden tener importantes consecuencias ambientales y sociales. Los fuertes vientos asociados a estas tormentas pueden causar daños en estructuras, vehículos y vegetación, así como aumentar el riesgo de incendios forestales, especialmente en regiones áridas. Además, las tormentas secas pueden afectar la calidad del aire y la salud humana, ya que las nubes de polvo generadas pueden provocar la dispersión de partículas finas y contaminantes en la atmósfera.
Nubes que Anuncian Tormentas: Cúmulonimbos
Las nubes juegan un papel crucial en la predicción de fenómenos meteorológicos, y entre ellas, las nubes cúmulonimbos son particularmente importantes para anticipar tormentas. A continuación, examinamos las características, formación y mecanismos asociados con las nubes cúmulonimbos, basándose en la literatura científica disponible.
Características de las nubes cúmulonimbos
Las nubes cúmulonimbos, también conocidas como nubes de tormenta, son nubes de gran desarrollo vertical que se forman en la troposfera, la capa más baja de la atmósfera terrestre. Estas nubes suelen tener una base plana y una parte superior en forma de yunque o torre, que puede alcanzar altitudes de hasta 12 km o más en climas templados.
Las nubes cúmulonimbos están asociadas con tormentas eléctricas, fuertes lluvias, vientos intensos, granizo y, en casos extremos, tornados.
Formación de las nubes cúmulonimbos
Las nubes cúmulonimbos se forman a partir de nubes cúmulos, que se originan en ambientes de inestabilidad atmosférica y convección. La inestabilidad atmosférica ocurre cuando el aire caliente y húmedo cerca de la superficie terrestre asciende y se enfría, formando nubes cúmulos.
Si las condiciones atmosféricas permiten un mayor crecimiento vertical de las nubes, estas pueden evolucionar a cúmulonimbos. Factores como el contraste de temperatura entre las capas bajas y altas de la atmósfera y la presencia de vientos cortantes pueden favorecer la formación de cúmulonimbos.
Mecanismos asociados con las nubes cúmulonimbos y tormentas
Las nubes cúmulonimbos están asociadas con fenómenos meteorológicos extremos debido a la intensa actividad convectiva que se produce en su interior. La convección consiste en el movimiento vertical del aire y la transferencia de energía térmica, lo que puede generar corrientes ascendentes y descendentes. Estas corrientes pueden favorecer la formación de precipitaciones, relámpagos y truenos.