En el mes de la ciencia, el meteorólogo Jorge Amador responde las consultas de los lectores

Por: Silvia Artavia 10 agosto
El rayo es una serie de procesos eléctricos continuos o descargas eléctricas dentro de las nubes de lluvia o nubes de tormenta.
El rayo es una serie de procesos eléctricos continuos o descargas eléctricas dentro de las nubes de lluvia o nubes de tormenta.

El Pacífico central, o sea la provincia de Puntarenas y los cantones alajuelenses de San Mateo y Orotina, son los sitios con más rayería en el país.

Cada año, esta zona reporta una densidad aproximada de 20 a 30 rayos por kilómetro cuadrado, cifra considerada poca si se compara con el lugar de mayor incidencia en el mundo: el Catatumbo, en Venezuela, donde se ubica el Golfo de Maracaibo. Ahí caen 200 rayos por kilómetro cuadrado.

Cantidad de rayos en el istmo.
Cantidad de rayos en el istmo.

Por el contrario, las regiones costarricenses con menor incidencia de este fenómeno son el Caribe central y Caribe sur, básicamente, Limón, donde, anualmente, caen entre 0 y 5 rayos por kilómetro cuadrado.

Estos y demás hechos se revelan en la segunda entrega del 2017 de Pregúntele al Científico, un proyecto conjunto entre la Academia Nacional de Ciencias (ANC) y La Nación.

Al igual que en el 2016, este especial invita a los lectores a plantear sus consultas sobre temas diversos. Especialistas de la ANC dan respuesta a las consultas formuladas y estas se publican en este medio todos los viernes de agosto, mes de la ciencia.

Cada semana se aborda un tema específico. La rayería es el objeto de estudio de esta edición.

La siguiente es una selección de las interrogantes que hicieron llegar los lectores por correo electrónico o mediante la página de Facebook de La Nación.

–¿Cómo se define un rayo?

El rayo es una serie de procesos eléctricos continuos o descargas eléctricas dentro de las nubes de lluvia o nubes de tormenta. Las nubes son vapor de agua cuyas moléculas contienen iones (carga positiva) y electrones (carga negativa).

Esas cargas se distribuyen a ambos lados de la nube; los iones se ubican en la parte alta y los electrones, en la baja.

En el espacio existente entre iones y electrones se produce una chispa, que es lo que se conoce como el relámpago.

El relámpago hace que los iones y los electrones converjan y se mezclen con el aire caliente de la nube. A esa mezcla se le llama plasma, que es el cuarto estado de agregación de la materia, cuya característica principal es que presenta altísimas temperaturas (alrededor de cinco veces más que la temperatura del Sol).

Por el ambiente que se propicia dentro de la nube durante todo el proceso, los electrones presentes en ese plasma encuentran un excelente camino en el aire caliente y bajan en forma del rayo.

Un ejemplo cotidiano de convergencia de cargas positivas y negativas se da cuando tocamos la puerta de un carro y sentimos un chispazo. Es lo mismo que ocurre en una nube: la chispa que se genera es el relámpago.

– ¿Cuál es la función de este tipo de descargas eléctricas en la naturaleza?

Los rayos tienen la misión de despolarizar las nubes y la atmósfera, que de otra forma se sobrecargarían con electricidad estática.

–¿Cuál es la relación entre el rayo y el trueno?

El relámpago es la chispa que se genera cuando se produce la descarga eléctrica o rayo.

El ruido grave y fuerte que se escucha después es el trueno, efecto que se produce por la expansión del aire al paso de la descarga eléctrica.

Estos procesos ocurren casi en forma simultánea, pero vemos primero el relámpago y después escuchamos el trueno porque la luz viaja muchísimo más rápido (300.000 kilómetros por segundo) que el sonido (un poco más de 300 metros por segundo).

–¿Cuál es la velocidad y el área de desplazamiento máximas a las que puede llegar un rayo?

Algunos estudios revelan que las velocidades de conducción de las descargas eléctricas a través del aire pueden llegar hasta unos 100 kilómetros por segundo. Sin embargo, este tipo de mediciones no son sencillas.

Los electrones siguen un camino en forma de zig-zag hasta el suelo y pueden alcanzar varios sitios diferentes en su caída.

Se considera que un rayo puede viajar decenas de kilómetros en unas fracciones de segundo. Sin embargo, para el efecto de la descarga, se han reportado algunos casos extremos. Uno de estos fue un relámpago de 321 kilómetros sobre Oklahoma, Estados Unidos, el 20 de junio del 2007. Se trata de la mayor distancia recorrida jamás documentada.

En cuanto a la duración más larga identificada, fue para un relámpago continuo sobre el sur de Francia, el 30 de agosto del 2012, que tardó de 7.74 segundos.

–En Costa Rica, ¿en cuáles zonas son más comunes los rayos y por qué?

De acuerdo con una indagación en curso del Centro de Investigaciones Geofísicas (Cigefi) y la Escuela de Física de la Universidad de Costa Rica, utilizando información local de la red de rayos de World Wide Lightning Location Network (WWLLN), el lugar con más alta densidad de rayos en el país es el Pacífico central, con una densidad aproximada de 20-30 rayos por kilómetro cuadrado, por año.

Aunque el dato proviene de una red que no es tan eficiente, esta posición es confirmada por otras redes de monitoreo de rayos con mejor eficiencia y resolución, como la Lightning Imaging Sensor (LIS) de la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio (NASA).

–¿Cuál es la región del país con menor densidad de rayos?

De acuerdo con la World Wide Lightning Location Network (WWLLN), se encuentra en el Caribe central y sur, o sea, Limón, con entre 0 y 5 kilómetros cuadrados de rayos por año.

–Y globalmente, ¿dónde se presentan mayor cantidad de descargas eléctricas?

La región del Catatumbo, en Venezuela, donde se ubica el Golfo de Maracaibo, es la de más alta densidad del mundo. Tiene, por año, alrededor de 200 rayos por kilómetro cuadrado.

Diversas condiciones, como la humedad y los sistemas meteorológicos, vuelven a unas zonas más propicias que otras para que se presenten descargas eléctricas. No existe un factor específico y determinante para que haya más rayos en unos lugares que en otros.

–¿Cuántas personas mueren anualmente, en todo el mundo, impactadas por rayos?

Estudios realizados indican que, aproximadamente, 2.400 muertes y 24.0000 lesiones ocurren globalmente cada año producto de la rayería.

Durante el periodo 2006-2016, un total de 352 muertes fueron atribuidas a descargas eléctricas de este tipo en Estados Unidos.

En México, se han estimado alrededor de 230 muertes por año.

Aunque no hay datos precisos para Costa Rica, tras una revisión de publicaciones periodísticas, se determinó que al año se dan al menos de 10 casos.

–¿Es cierto que los árboles atraen los rayos y que por eso no se recomienda guarecerse debajo de ellos durante una tormenta?

Un objeto sobre el suelo que termine en punta tiene mayor probabilidad de servir para separar iones y electrones, de manera que fortalece la conductividad del aire y la probabilidad de que los electrones viajen por ese camino y lleguen a tierra como un rayo. Un árbol o una torre elevada tienen, entonces, mayor capacidad de atraer rayos que una sombrilla, por ejemplo.

–¿Cómo puedo protegerme de los rayos?

La mejor protección es permanecer en una casa o en un edifico. Evite exponerse a campos abiertos o estar cerca de árboles o torres altas, ya sea durante una tormenta eléctrica o cuando escuche truenos, aunque no se observe directamente la tormenta.

El uso de pararrayos, en ocasiones, es necesario cuando se trabaja en campo abierto o se está al aire libre.

–¿Cómo funciona un pararrayos?

Benjamin Franklin sugirió que tienen dos funciones: prevenir que se descargue una especie de misil de electrones desde una nube y conducir el chorro de electrones al suelo en caso de que la nube suelte ese misil.

–¿Es verdad que existen rayos que son impulsados hacia el espacio y no hacia el suelo?

No. Este tipo de fenómeno eléctrico ocurre, fundamentalmente, en la atmósfera terrestre, una capa cuyo espesor es de 10 a 15 kilómetros.

En ocasiones, algunos rayos podrían ocurrir entre nubes muy altas, dando la impresión de que se van al espacio. Algunos planetas como Júpiter y Titán, una de las lunas de Saturno, también muestran actividad de ese tipo.

–¿De qué forma pueden impactar los rayos a cualquier tipo de plantación agrícola?

De la misma que a otros objetos que se encuentren en el suelo a la hora de la descarga.

–¿Se pueden aprovechar los rayos como fuente de energía eléctrica? Si es posible, ¿cuáles serían los beneficios y las implicaciones de eso?

Los voltajes que se han estimado están presentes en las nubes muy altas; pueden rondar los 100.000 o más voltios (antes de la descarga).

Por otro lado, la temperatura del aire en la nube, cuando ocurre el relámpago, puede alcanzar unos 20.000 grados Celsius, o sea, varias veces la temperatura estimada de la superficie del Sol.

Todavía no hay tecnología desarrollada para manejar ese tipo de procesos físicos.

–En playa Herradura se dice que hay un volcán apagado en el mar, el cual produce gran cantidad de relámpagos, sobre todo durante las noches. ¿Es cierto?

La gran cantidad de rayos observada en ese sector se debe, justamente, a que Herradura se ubica en el Pacífico central, zona que, como dijimos anteriormente, es la que presenta más densidad de descargas eléctricas atmosféricas en el país. Ese "volcán apagado" está relacionado con la cantidad alta de rayos en esa región.

Además, en ocasiones y en especial en las noches, se pueden observar los relámpagos de las tormentas asociadas a una zona de mucha precipitación que se llama la Zona de Convergencia Intertropical.

Sobre el científico

Jorge Amador es catedrático de la Escuela de Física de la Universidad de Costa Rica (UCR) e investigador del Centro de Investigaciones Geofísicas (Cigefi) de esa misma casa de enseñanza.

Se graduó como físico y meteorólogo en la UCR y obtuvo una maestría y doctorado en Dinámica de la Atmósfera en la Universidad Reading, del Reino Unido.

En el 2008, recibió el reconocimiento de Catedrático Humboldt, de la UCR, y el Premio Nacional de Ciencia Clodomiro Picado Twight.

Ese mismo año obtuvo el Group Achievement Award to Tropical Composition, Cloud and Climate Coupling, TC4 2008, de la NASA.

Además, en el 2011 se dejó el Premio al Investigador UCR de Ciencias Básicas.

Es reconocido internacionalmente por el descubrimiento de la Corriente Atmosférica en Chorro del Caribe, en 1998.

Esté atento

Si usted siente curiosidad por los temas científicos, este mes tendrá la oportunidad de hacer sus consultas a expertos de la Academia Nacional de Ciencias. La próxima semana, el tema será microbiología. Esté pendiente de la publicación en Facebook/lanacioncr o envíe un correo a una de estas direcciones: irodriguez@nacion.com o ivannia.varela@nacion.com.