RELÁMPAGOS, RAYOS Y TRUENOS

Estos fenómenos son manifestaciones visibles o audibles de la electrificación de la atmósfera.

En una atmósfera en reposo se puede decir que la Tierra está cargada negativamente respecto al aire. En la atmósfera hay cargas eléctricas libres, existiendo siempre un campo eléctrico normalmente dirigido hacia abajo de 120 voltios por metro en buen tiempo, mientras que bajo un cumulonimbus puede exceder de 1.000 voltios por metro.

Las experiencias llevadas a cabo mediante globos aerostáticos a principio de los años treinta, revelaron la distribución de las cargas eléctricas en una nube tormentosa, encontrándose cargas positivas en su parte superior, asociado a temperaturas inferiores a los –20ºC y negativas en su parte inferior, con temperaturas próximas a los 0ºC, así como pequeñas áreas de carga positiva, cerca de la base y en sus niveles medios, asociadas, estas últimas, a fuertes precipitaciones de lluvia y granizo.

No se tiene certeza del mecanismo que hace que las cargas eléctricas se separen. Se han estudiado y realizado infinidad de experimentos de los cuales han salido muchas teorías, de las cuales hemos seleccionado tres que explican aceptablemente la estructura eléctrica de las nubes de tormenta.

Teoría de la precipitación. Según la cual, el peso atrae hacia la superficie a las gotas y a las piedras de granizo de tamaño mayor que, en su camino descendente a través de la nube, chocan con gotas más pequeñas y cristales de hielo en suspensión, dando lugar a que las partículas más pequeñas se carguen positivamente y las partículas más pesadas negativamente. De esta forma la nube se carga negativamente en su parte inferior a medida que las gotas mayores van cayendo y positivamente la parte superior al ascender dentro de la nube las partículas más pequeñas.

Teoría de la convección. Según la cual, las corrientes ascendentes trasladan cargas positivas desde la base de la nube hacia la parte superior. Por otro lado las cargas negativas creadas por la radiación en la parte superior de la nube, que forman una especie de «capa apantalladora» se ven atraídas por la polaridad positiva de la superficie terrestre y las corrientes descendentes hacen que parte de esta carga negativa sea transportada hacia la parte inferior de la nube.

Teoría tripolar. Según la cual la estructura de una nube tormentosa no es dipolar sino tripolar. Con una zona en el centro de la nube de unos pocos cientos de metros de espesor, a unos 6.000 metros de altitud y con una temperatura aproximada de –15ºC, cargada negativamente y rodeada por otras dos zonas cargadas positivamente. La zona superior, la más grande cargada positivamente se extiende hasta el tope de la nube, donde se observa una delgada capa cargada negativamente (la capa apantalladora).

La zona inferior de la nube se encuentra cargada también positivamente.

Así como la teoría de la convección presume que la carga positiva de la base de la nube se debe a las «descargas en corona» que tienen lugar en los elementos puntiagudos de la superficie, esta teoría indica que la estructura tripolar y por lo tanto la carga positiva de la zona inferior de la nube se debe a la microfísica del intercambio de cargas entre partículas de granizo blando (granizo pesado) y los cristales de hielo y gotitas de agua sobreenfriadas. Cuando la temperatura de la nube es inferior a 15ºC el granizo blando que cae dentro de

la nube, se carga negativamente, sin embargo cuando la temperatura es superior es decir más caliente, lo que ocurre en la zona inferior de la nube, el granizo blando se carga positivamente.

Se sabe que en una atmósfera clara y seca es necesaria una intensidad de campo cercana a los tres millones de voltios por metro para que ocurra una descarga, pero dentro de una nube, con solo medio millón de voltios es suficiente. Cantidad que se alcanza fácilmente dentro de la atmósfera cargada de una nube. Una vez alcanzado dicho nivel, la aparición de un relámpago es cuestión de segundos.

La descarga inicial se produce desde una pequeña área situada en la parte inferior de la nube, cargada positivamente, hacia la masa que la rodea, con carga negativa. Pero esta carga negativa de la base de la nube, a su vez, se ve atraída hacia la masa terrestre, cargada positivamente y el relámpago describe su camino en el aire. La acción no termina, pues una descarga positiva, prácticamente simultánea sale del suelo, hacia la nube, es el rayo y esta energía de regreso, que sigue la misma trayectoria establecida anteriormente en la bajada, da como resultado una fuerte detonación sónica el trueno, causado por la rápida expansión y compresión del aire, calentado fuertemente al paso de la descarga eléctrica y que escuchamos con un cierto retraso debido a que la velocidad de la luz es mayor que la velocidad del sonido.

A los rayos que se producen entre dos puntos de una misma nube o entre dos nubes distintas se les llama relámpagos. Una forma aproximada de calcular la distancia en kilómetros a que se encuentra una tormenta de nosotros, es dividiendo entre tres (velocidad del sonido = 340 m/s), los segundos que transcurren entre el relámpago y el trueno.

Fuego de San Telmo

La diferencia de potencial eléctrico entre objetos en punta como, mástiles, pararrayos

etc. en un barco y la base de una nube puede dar lugar a que se produzcan descargas

eléctricas más o menos continuas de intensidad débil omoderada, entre dichos

objetos puntiagudos, manifestándose como un resplandor que envuelve los extremos

de dichos objetos, desapareciendo con una explosión apagada.