Ciencia

Estos son los planos eléctricos del cielo

RAYOS TRIPLE

Ahora lo sabemos: cuanto más cerca de los polos, más electricidad puede conducir la atmósfera, Y todo lo contrario cerca del área del ecuador y del sudeste asiático. Una investigación de científicos de la Universidad de Colorado traza el mapa eléctrico de la atmósfera y da un gran paso hacia el sueño que empezó hace más de dos siglos con Benjamin Franklin volando un barrilete y una llave. Argentina está en una región de muy alta actividad eléctrica, y mortal para las personas cada año.

Las corrientes eléctricas que nacen de las tormentas eléctricas son capaces de fluir a través de la atmósfera y en todo el mundo causando una electrificación perceptible en el aire, incluso en lugares sin actividad tormentosa.

Pero hasta hace poco, los científicos no tenían una exacta comprensión de cómo la conductividad varía en todo el ambiente y cómo esto puede afectar a la trayectoria de las corrientes eléctricas.

Ahora, un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Colorado en Boulder desarrolló un modelo de circuito eléctrico mundial sumando un modelo climático creado por colegas del Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR), en Boulder.

Los resultados, publicados en el Journal of Geophysical Research , muestran que la atmósfera es en general menos conductora de electricidad sobre el ecuador y sobre el sudeste asiático, y más conductor más cerca de los polos, a pesar de los cambios de conductividad de la atmósfera según la temporada y el tiempo.

La investigación sobre la electrificación atmosférica se remonta a la década de 1750, cuando investigadores, incluyendo a Benjamin Franklin, trataban de comprender mejor la naturaleza de los rayos.

RAYOS SONOMA CALIFORNIA 2013 AUTOR O VÍA JC MORENO
Foto: JC Moreno.

En todo el Siglo XVIII, los científicos midieron los cambios en el campo eléctrico de la atmósfera en el Observatorio de Kew, cerca de Londres, y en el Siglo XIX, el Carnegie, un barco totalmente de madera construido sin materiales magnéticos, cruzó el océano mientras tomaba mediciones de electricidad atmosférica a las que aún se hace referencia hoy. 

Pero la obtención de una visión global de la conductividad atmosférica ha sido difícil, en parte debido a la capacidad de la atmósfera para canalizar electricidad no es estática.

Los iones, que permiten que la corriente se desplace por el aire, se añaden a la atmósfera superior por un bombardeo continuo de rayos cósmicos galácticos y se suman a la baja atmósfera a través de la descomposición radiactiva. Pero pueden ser removidos de la atmósfera por diversos motivos.

“Pueden recombinarse, hasta cierto punto, pero también se adhieren a los aerosoles y gotas de agua”, dijo Andreas Baumgaertner, investigador asociado de ingeniería aeroespacial de la Universidad de Colorado y autor principal del estudio.

“Una vez que se adhiere a una partícula pesada, como una gota de agua, pierde la capacidad de conducir una corriente”, explicó. La cantidad de gotitas de agua en la atmósfera varía según las nubes cargadas de humedad se muevan a través de un área, y la cantidad de aerosoles varía en función de su fuente. Los aerosoles, a su vez, son bombeados a la atmósfera a través de los tubos de escape y de chimeneas, así como de los volcanes en erupción.

A Baumgaertner y a sus colegas (Jeffrey Thayer, Ryan Neely y Greg Lucas) se le ocurrió la idea de utilizar el Modelo del Sistema de la Comunidad Terrestre, del NCAR, para obtener una nueva imagen global de la conductividad aprovechando que el modelo ya tomaba en cuenta el vapor de agua y los aerosoles.

El equipo añadió ecuaciones que representan la cantidad de iones producidos por los rayos cósmicos del espacio y por la descomposición radiactiva a través de las emisiones de radón de la superficie de la Tierra. También agregaron ecuaciones de cómo estos iones reaccionan en la atmósfera.

RAYOS VATICANO PAPA

Las resultantes 2.000 líneas de código les permitieron crear la primera imagen global de la conductividad y de la forma en que evoluciona con el tiempo.

Lo que encontraron fue que, durante un año, el ambiente era, en promedio, menos capaz de conducir la electricidad por encima de las áreas del planeta que también tienen altas emisiones de aerosoles, especialmente en el sudeste de Asia.

En general, la atmósfera por encima del ecuador también era menos conductora, principalmente debido a la presencia de un menor número de los rayos cósmicos que en los polos.

Los investigadores también encontraron que la conductividad de la atmósfera en su conjunto varió con las estaciones del año y fue en general menos conductora en junio y julio que en diciembre y enero.

El equipo de investigación está trabajando ahora en cargar los datos de la frecuencia y la ubicación de las tormentas al modelo, para entender mejor cómo la corriente proporcionada por el rayo se mueve en realidad.

“El siguiente paso es incorporar la distribución de las tormentas”, dijo Lucas. “Las corrientes generalmente viajan hacia arriba por encima de las tormentas eléctricas distribuidas alrededor del ecuador y regresan por encima de los polos, lejos de las tormentas. Parte del trabajo futuro va a determinar la influencia que tienen las tormentas en el sistema global”.

Los fondos para el estudio fue proporcionado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias de la Tierra y el Departamento de Energía de Estados Unidos.
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(Por el Blog de Clima de la Facultad de Ciencias Exactas de la Universidad de Buenos Aires).- Los rayos constituyen uno de los fenómenos de mayor impacto que se pueden producir en un ambiente atmosférico afectado por tormentas severas. Esto fue lo que sucedió con las descargas eléctricas que se produjeron el 9 de enero en un balneario de Villa Gesell (costa atlántica argentina) y que dejó como saldo la lamentable pérdida de vidas humanas y varios heridos.

Estudios científicos confirman que la región del sudeste de Sudamérica es una de las más afectadas por las tormentas severas que pueden dar lugar a rayos.

La figura de abajo, proveniente de  estudios realizado por investigadores de la Universidad de Utah, en Estados Unidos, muestra las tormentas más severas (en colores negro y violeta) que se desarrollaron entre 1995 y 2003, detectadas precisamente a partir de sus descargas eléctricas. Resulta evidente el gran número de ellas en el centro y norte de nuestro país.

tormentas severas

La siguiente animación, realizada por el World Wide Lightning Location Network, muestra en blanco los sistemas nubosos que afectaron a Sudamérica entre el 8 y el 9 de enero de 2014, siendo las regiones con tonos de blanco más brillantes aquellas afectadas por tormentas severas. Se destaca en los primeros cuadros el pasaje de las tormentas por la zona de Villa Gesell durante la tarde del 9 de Enero y las descargas eléctricas que se produjeron (denotadas en azul e incluyendo desde aquellas muy pequeñas hasta las más intensas).

Movie_of_Lightning_in_Americas

El número de rayos estimado a partir de datos satelitales por la NASA para ese mismo período muestra que el centro y este de nuestro país es afectado en promedio por al menos 15 rayos por año y por kilómetro cuadrado, elevándose ese número a más de 30 en el Nordeste de nuestro país, tal como puede verse en el siguiente gráfico:

HRFC_COM_FR_V2.3.2013

Dado que los espacios habitados de nuestro país son relativamente pequeños comparados a las grandes extensiones de tierra prácticamente deshabitadas, la mayoría de los eventos eléctricos que ocurren no afectan a la población. Sin embargo, cuando eso sucede, las consecuencias pueden ser muy graves, como lo mostró el evento reciente en Villa Gesell.

Es fundamental e imprescindible respetar las medidas que indican las autoridades nacionales para protegerse de la actividad eléctrica que eventualmente podría producirse con el desarrollo de tormentas severas, en especial en áreas como las playas y las zonas rurales. Si bien estas medidas eran antiguamente muy respetadas por la población, de alguna manera se fueron olvidando, en particular por los habitantes de las zonas urbanas. Teniendo en cuenta que no es posible pronosticar el lugar de caída de un rayo aunque si es posible tener información previa sobre la tormenta que podría generarlo, recuperar las medias de protección ante rayos resulta  indispensable.

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RAYOS EN LA PUNA EL TRIBUNO

La Argentina se encuentra dentro de una de las regiones con mayor densidad de tormentas eléctricas del plantea. Más precisamente, el norte del país conforma, junto con Paraguay y el sur de Brasil, la cuarta región del mundo con mayor densidad de esas tormentas, cuyos rayos, a nivel global, afectan al año a 0,6 personas por cada millón de habitantes (foto El Tribuno).

En la Argentina, eso se traduce en unas 50 muertes al año por las caídas de rayos. Esa estadística surge del primer mapa de rayos de la Argentina, un trabajo científico realizado por la geofísica Gabriela Nicora en el Centro de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (Ceilap), dependiente del Conicet y del Ministerio de Defensa.

Ese estudio advierte que en la costa bonaerense se registran unos 30 días de tormentas eléctricas por año, pero aunque eso parezca mucho, la costa bonaerense no es la región más afectada del país. En la ciudad de Buenos Aires las tormentas eléctricas dicen presente unos 65 días al año, mientras que eso ocurre unos 70 días al año en Córdoba y en San Luis, y entre 90 y 110 días en el noroeste del país y en la Mesopotamia. En la Puna, la zona más afectada, el cielo se ilumina unos 130 días al año, principalmente de noviembre a enero.

El verano es la estación que concentra más días de tormenta eléctrica en la mayoría de las regiones mencionadas, con la excepción de la Mesopotamia, donde la actividad eléctrica, si bien es alta en verano, se mantiene durante todo el año.

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Conocer dónde caen los rayos “tiene importancia estratégica para el país, por razones de seguridad”, observa el doctor Eduardo Quel, gerente científico del Citedef.

Importa en función de la aviación, las construcciones civiles, los gasoductos, los radares, las antenas, las instalaciones eléctricas y líneas de alta tensión. “Las empresas de protección sobreestiman los costos, cuando los rayos tendrían que tomarse como un parámetro meteorológico”, sostiene Nicora.

La geofísica comenzó a relevar datos a través de antenas instaladas en Trelew, Córdoba y Comodoro Rivadavia; en breve habrá una cuarta en la Ciudad de Buenos Aires. (…) Las antenas los detectan por ondas electromagnéticas de muy baja frecuencia. Las tres están integradas a la red World Wide Lightning Location Network (WWLLN).

A partir de estas herramientas, la científica confeccionó un mapa general y cuatro estacionales, que revelaron que la mayor cantidad de tormentas eléctricas ocurre en zonas continentales – en el mar son excepcionales –, y en los trópicos, sobre todo en verano, algo menos en otoño, y muy poco en invierno. Son los cielos del noroeste y de la Mesopotamia los que más se iluminan (entre 90 y 110 días de tormentas eléctricas al año), seguidos en menor medida por Córdoba y San Luis (70 días al año). En Buenos Aires son 65 días al año.

(…) En los antiguos mapas ceráunicos – como se llaman – no figuraba la zona más centelleante de la Argentina, la Puna, donde el firmamento se resquebraja hasta 130 días al año. ¿En la Puna, donde llueve apenas unos 300 milímetros en doce meses? “Puede haber tormenta eléctrica sin lluvia”, aclara la investigadora. Y en el resto del país, los días de tormenta solían ser mucho menos que los reales.

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