8.6.2: Relámpago

Figura\(\PageIndex{1}\): Relámpago de nube a tierra. (Imagen cortesía NSSL - NOAA.)

Una de las exhibiciones más espectaculares de la naturaleza es el relámpago. El rayo es una descarga masiva de electricidad en respuesta a un diferencial de carga. La causa real del rayo no se entiende completamente, aunque su propagación está bastante bien establecida. Lo que sí sabemos es que los relámpagos ocurren en nubes que se encuentran por encima del nivel de congelación y están precipitando.

Para que ocurra un rayo, debe haber un diferencial de carga dentro de una tormenta eléctrica, o entre una tormenta eléctrica y el suelo u otra nube. Los estudios han demostrado que una transferencia de carga ocurre a través de películas delgadas de agua presentes en los cristales de hielo y granizo cuando chocan. Los sólidos (por ejemplo, hielo, granizo, graupel) a menudo están recubiertos con una película extremadamente delgada de agua líquida de unas pocas moléculas de espesor. Las moléculas están débilmente unidas a la porción sólida debajo incluso a temperaturas por debajo del punto de congelación. Cuando un cristal de hielo y granizo chocan en una nube, algunas de las moléculas de agua líquida del granizo se mueven hacia el hielo. Durante este proceso se produce una transferencia neta de cargas positivas del granizo al hielo y cargas negativas del cristal de hielo al granizo. Los granizos más pesados caen a la base de la nube mientras que los cristales de hielo más ligeros se suspenden a mayores altitudes creando la separación de carga con cargas en su mayoría negativas cerca de la base y cargas positivas en lo alto.

La acumulación de cargas negativas en la base de la nube repele las cargas negativas sobre los objetos en la superficie de la Tierra. Así, debajo de la tormenta eléctrica, la superficie de la Tierra alcanza una carga neta positiva. Cuando la diferencia de carga es grande se descarga suficiente iluminación. Todo el proceso toma una fracción de segundo y parece ocurrir desde la nube hacia el suelo. En realidad, la descarga se realiza en una serie de pasos. Primero, una corriente de electrones fluye hacia el suelo en una serie de pasos discretos llamados un paso líder que crea un canal ionizado ramificado. Cuando el líder escalonado se encuentra a menos de 100 metros del suelo, un golpe de retorno cargado positivamente se eleva hacia arriba. Un canal ionizado de unos pocos centímetros de diámetro conecta la Tierra a la nube a lo largo de la cual fluyen electrones e iluminan el canal. Después de la descarga eléctrica inicial, los líderes de dardos de electrones siguen las mismas trayectorias conductoras hacia el suelo. Los golpes de retorno vuelven a encontrarse con los líderes de dardos y el camino se ilumina una vez más. Toda la secuencia de rayos toma menos de dos décimas de segundo y puede emitir 100 millones de voltios. La descarga masiva calienta rápidamente el aire enviando una onda de choque a través de la atmósfera que escuchamos como truenos.

Video: Formación de relámpagos de nube a tierra. (Fuente: Michael Ritter)