Los rayos son uno de los fenómenos más atrayentes y espectaculares de la naturaleza. Estas potentes descargas electrostáticas iluminan el cielo durante las tormentas eléctricas con la luz más brillante de nuestro planeta.
La fascinación que nos provocan los rayos es evidente: hay al menos 30 récords Guinness relacionados con ellos. En este artículo comentaremos algunos de los datos y curiosidades más impresionantes.
La brillante luz del rayo proviene de las altas temperaturas alcanzadas en su canal de descarga. De hecho, el lugar de mayor temperatura en la Tierra es el aire que rodea al rayo, con temperaturas en torno a los 30.000 ºC, es decir, cinco veces superiores a las de la superficie solar visible. La alta temperatura del aire provoca un rápido aumento de presión responsable del trueno, el sonido más fuerte en la Tierra1.
Generalidades del rayo
Los rayos más comunes (un 90%) son intra-nube y ocurren, por tanto, entre distintas regiones cargadas eléctricamente en la nube. Los rayos nube-suelo pueden tener polaridades positivas o negativas dependiendo de la transferencia de carga eléctrica de la nube. A pesar de que corresponden a menos del 5% de los impactos totales, los rayos de polaridad positiva son más potentes que los negativos, alcanzando los 300.000 amperios y mil millones de voltios.
Los rayos están formados generalmente por varios pulsos de corriente que producen el efecto parpadeante que se percibe en ciertos relámpagos. El récord de pulsos en un único relámpago se registró en Estados Unidos en 1962 y aún se mantiene en 26 pulsos.
En 2019 se produjo el relámpago de mayor duración: sus 16.73 segundos sobre Argentina doblaron el récord anterior de 2012 en Francia (7.74 segundos).
La distancia típica que recorren los rayos es de 9 kilómetros, pero hay relámpagos capaces de recorrer grandes trayectos. La distancia medida más larga es de 709 kilómetros, en un relámpago que cruzó Brasil desde el noreste de Argentina hasta el océano Atlántico en 2018.
Pese a la alta frecuencia de tormentas eléctricas que pueden producirse en cualquier estación del año, los rayos presentan una elevada incertidumbre estadística, especialmente para determinar dónde caerá un determinado rayo. Con el objetivo de superar esta dificultad en el estudio científico del rayo, se desarrollaron métodos para producir descargas usando cohetes. El más común de estos métodos es lanzar un pequeño cohete con un cable de cobre o acero conectado a tierra. El campo eléctrico generado en el extremo superior del cable produce un trazador que se extiende hacia la nube y vaporiza el cable. De esta manera, se establece un camino de menor resistencia que favorece el impacto del rayo en el lugar de conexión del cable a tierra2. La primera vez que se lograron estas descargas por medio de cohetes fue en 1977 en China. Sin embargo, el récord del rayo más largo producido por el hombre (aunque en un laboratorio y no en campo abierto con cohete) corresponde a Nikola Tesla en su laboratorio de Colorado en 1899: el rayo midió 40 metros y el trueno causado se escuchó a 35 kilómetros de distancia.
El patrón de incidencia de rayos varía mucho según la zona del planeta. De acuerdo a la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) de Estados Unidos, alrededor del 70% de los impactos de rayos en la Tierra tiene lugar en los trópicos, donde las condiciones atmosféricas son adecuadas para la formación de tormentas eléctricas. En concreto, el lugar con la mayor concentración de rayos es la desembocadura del río Catatumbo en el lago Maracaibo (Venezuela). Esta área recibe casi 250 relámpagos por kilómetro cuadrado cada año. Aun así, entre enero y abril de 2010 no se produjo ningún rayo, probablemente por ENSO (El Niño/La Niña-Southern Oscillation).
Calentamiento global, incendios forestales, rayos volcánicos y más
A diferencia de los trópicos, en los polos Norte y Sur se localiza la incidencia más baja de rayos. Por desgracia, la concentración de rayos está aumentando progresivamente en el Ártico debido al calentamiento global. Los rayos son responsables de la mayoría de incendios forestales en todo el mundo. Por eso, el incremento de rayos en el Ártico podría precipitar el deshielo del permafrost acelerando, según los expertos, el cambio climático3,4. El rayo registrado más al norte de nuestro planeta se produjo el 13 de agosto de 2019 a 89.53 ºN, tan solo a 54 kilómetros del polo Norte geográfico.
Los incendios forestales provocados por los rayos son más antiguos que la especie humana. Se piensa, basándose en fósiles de plantas carbonizadas de Reino Unido, que uno de los incendios forestales más antiguos pudo ocurrir hace 419 millones de años durante el período silúrico y causado probablemente por un rayo. Otro rayo podría haber sido también el responsable del fuego de mayor duración, que se cree que pudo empezar hace 5000 años en una veta de carbón en Australia y que aún continúa activo 30 metros bajo tierra.
En 1974-75 Australia sufrió el, posiblemente, mayor incendio de pastizales, que quemó cerca de 117 millones de hectáreas (un 15% del continente). Algunos de los fuegos fueron provocados por granjeros locales, pero la amplia mayoría provinieron de impactos de rayo. Los incendios forestales pueden inducir pirocúmulos, nubes convectivas de una alta extensión vertical que pueden producir rayos, granizo e incluso tornados. Los rayos producidos por pirocúmulos pueden iniciar a su vez más incendios forestales. La actividad más intensa de pirocúmulos se registró el 1 de enero de 2020 durante los fuertes incendios forestales de Australia en diciembre de 2019 y enero de 2020, que quemaron 5.8 millones de hectáreas. Los pirocúmulos son responsables también de la inyección de aerosoles de partículas de carbón en la estratosfera. En este caso fueron 400 000 toneladas, el equivalente a una erupción volcánica de moderada intensidad5. Sin embargo, el mayor número de pirocúmulos en un verano (en concreto 17 pirocúmulos distintos) fueron registrados por un satélite de la NASA en 2001 durante los incendios forestales en Estados Unidos y Canadá.
No solo los pirocúmulos generados por los incendios forestales provocan rayos, sino que algunas erupciones volcánicas son capaces de producir los llamados rayos volcánicos o tormentas sucias. La carga eléctrica tras estos rayos se genera por las colisiones entre roca y ceniza en el penacho, probablemente con la colaboración del vapor de agua emitido. La primera referencia de rayos volcánicos aparece en la correspondencia del historiador Plinio el Joven. Presenció la erupción del monte Vesubio en el año 79 D.C. desde la bahía de Nápoles, describiendo los rayos volcánicos como “una espantosa nube negra, rota por rápidos y zigzagueantes relámpagos”.
Un curioso efecto de los rayos es la formación de fulguritas. Dichas fulguritas son mineraloides vítreos de sedimentos sinterizados, vitrificados y/o fusionados, formados por la descarga de rayos en el suelo. Los sedimentos a partir de los cuales se forman las fulguritas pueden ser arena, roca o escombros. En 1996 se encontró la fulgurita excavada más grande hasta la fecha, que se extendía 5.2 y 4.9 metros desde el punto de impacto.
Efectos destructivos de los rayos
De todas formas, la mayoría de efectos de los rayos son más dañinos que las vistosas fulguritas como, por ejemplo, los incendios forestales ya comentados. Incluso las naves espaciales no son inmunes a las descargas de rayo. En 1969, el Apolo 12 experimentó anomalías eléctricas severas cuando fue alcanzado dos veces por sendos rayos, segundos después del despegue. Afortunadamente, tanto el centro de control como la tripulación pudieron resolver los problemas sin que nadie resultara herido. La NASA también sufrió otro incidente en 1987 cuando un rayo encendió tres cohetes no tripulados: dos de ellos siguieron la trayectoria programada mientras que el tercero, destinado a estudiar las tormentas eléctricas, se estrelló en el océano.
No obstante, los rayos provocan anualmente alrededor de 24.000 muertes y 240.000 lesiones6. El impacto de rayo más letal producido durante un vuelo mató 91 personas cuando el avión del vuelo 508 de LANSA se precipitó en el Amazonas en 1971. La única superviviente fue Juliane Koepcke de 17 años que fue capaz de encontrar ayuda. En el otro extremo, tenemos al guarda forestal estadounidense Roy C. Sullivan que ostenta el récord Guinness por ser la única persona que ha sobrevivido a siete impactos de rayo. Su muerte años después no estuvo relacionada con los rayos.
El ganado se encuentra también muy expuesto a las consecuencias destructivas de las tormentas eléctricas, ya que la distancia entre sus patas hace a los animales más vulnerables a las tensiones de paso. El rayo más letal mató 68 vacas Jersey que se encontraban refugiadas bajo un árbol en Australia en 2005. Tres vacas más quedaron paralizadas, recuperándose unas horas después.
El asombro y admiración producidos por los rayos no deben hacernos olvidar que, sin una protección y prevención apropiadas, las tormentas eléctricas suponen un grave peligro para personas, animales, edificios, bosques, etc., debido a sus grandes corrientes eléctricas.
Referencias
- Dwyer, J. R. & Uman, M. A. The physics of lightning. Phys. Rep. 534, 147–241 (2014).
- Rakov, V. A. et al. New insights into lightning processes gained from triggered-lightning experiments in Florida and Alabama. Journal of Geophysical Research vol. 103 (1998).
- Finney, D. L. Lightning threatens permafrost. Nat. Clim. Chang. 11, 379–380 (2021).
- Chen, Y. et al. Future increases in Arctic lightning and fire risk for permafrost carbon. Nat. Clim. Chang. 11, 404–410 (2021).
- Khaykin, S. et al. The 2019/20 Australian wildfires generated a persistent smoke-charged vortex rising up to 35 km altitude. Commun. Earth Environ. 1, 1–12 (2020).
- Cooper, M. A. & Holle, R. L. Reducing Lightning Injuries Worldwide. Springer Natural Hazards (2019).