Archivo: Ciencias Atmosféricas
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Dr. Fidel Benjamín Alarcón Hernández / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Instituto de Ciencias Físicas de la Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México
Como ya estamos en tiempo de lluvias, les voy a describir ahora un fenómeno estrechamente relacionado.
Una tormenta es un periodo de mal tiempo, por lo general con nubes negras mucha lluvia o granizo, truenos, rayos, y viento fuerte. En las zonas frías, las tormentas suelen formarse a lo largo de los frentes meteorológicos. En las zonas cálidas, las tormentas se generan porque el aire caliente sube y se enfría hasta formar nubes y lluvia. Las peores tormentas son los tornados, que se originan sobre tierra firme.
Algunas veces las tormentas vienen acompañadas de fenómenos luminosos y sonoros llamados rayos. El fenómeno luminoso es comúnmente conocido como relámpago. Mientras que un rayo es una chispa de electricidad gigante (una descarga eléctrica) que golpea la tierra. Durante el transcurso de una tormenta se favorece la formación de iones que contiene la atmósfera.
Esta electricidad se genera dentro de las nubes de tormenta por la frotación (generando polarización eléctrica) de las gotas y los cristales de hielo entre sí. Los iones positivos se ubican en la parte alta y los negativos en la parte baja de la nube.
Además, la tierra también se carga de iones positivos. Todo ello genera una diferencia de potencial de millones de voltios que acaban originando fuertes descargas eléctricas entre distintos puntos de una misma nube, entre nubes distintas o entre la nube y la tierra (las cargas negativas son atraídas por la carga positiva de la tierra).
El rayo es visible con trayectorias sinuosas y de ramificaciones irregulares, a veces de muchos kilómetros de distancia. Esta descarga puede desplazarse hasta 13 kilómetros, provocar una temperatura de unos 28,000°C, nada más para darnos una idea esta temperatura, la temperatura del rayo es tres veces la temperatura del Sol. El rayo tiene un potencial eléctrico de más de 100 millones de voltios y una intensidad de 20,000 amperes. En el punto de entrada a la tierra, el rayo puede destruir, de acuerdo a su potencia y a las características del suelo, un radio de 20 metros.
Esta polarización de las cargas eléctricas de una nube es lo que se denomina electrostática, fenómeno que está presente en nuestra vida diaria. Incluso nosotros mismos podemos acumular electrostática y, por ejemplo al tocar a otra persona, descargarla como una chispa de corriente que nos produce cierto sobresalto. Las nubes crean esta chispa a escala gigante.
Además, cuando el rayo se calienta, este calor producido por la descarga eléctrica calienta el aire y lo expande bruscamente y después se contrae al enfriarse, dando lugar a ondas de presión que se propagan como ondas sonoras. Estas ondas sonoras que se propagan a la velocidad del sonido (300 m/s) son el denominado trueno. O sea, el trueno no es otra cosa que la onda expansiva provocada por esta tremenda energía liberada, originando el ruido característico que todos hemos oído alguna vez. No todos los rayos producen truenos, se calcula que aproximadamente sólo el 60%. Esto se debe a que, a menudo, las ondas de varios rayos consecutivos se mezclan para formar una, o se anulan mutuamente. Esta magnífica energía contenida en un rayo es lo que hizo que prácticamente todas las culturas, comenzando por Zeus, Thor (trueno), Musulmanes, Hindues, le atribuyeran al rayo y el trueno un origen divino, ya sea como castigo o señal. Ni Santa Claus escapó al influjo de tales fenómenos, ya que dos de sus renos fueron llamados Donner (trueno) y Blitzen (rayo).
Puede determinarse, de una forma aproximada, la distancia en metros a la que se produce la descarga eléctrica, para ello se puede multiplica por 300 los segundos transcurridos entre el momento de producirse el rayo y el momento que oímos el trueno.
Muchos científicos como Newton y Franklin desarrollaron investigaciones al respecto y, sobre todo este último, diseñaron sistemas que atraían estas cargas eléctricas hacia la tierra (pararrayos), de manera de evitar que se acumulara en grandes proporciones y evitar sus efectos indeseables. Este hecho esta registrado en los libros de texto donde se visualiza como Benjamín Franklin atraía los rayos, utilizando un papalote.
Los rayos se pueden clasificar de acuerdo a su inicio y destino en: Nube a cielo o "duendes", que son descargas hacia la atmósfera, más arriba de las nubes. Nube a Tierra, los más típicos y espectaculares (y peligrosos, por supuesto). Intranubes, es decir dentro de una misma nube, aparecen como relámpagos con algunos truenos. Internubes, de una nube a otra, con grandes truenos. No hay que olvidar los relámpagos, los cuales se producen dentro de la nube.
Otro hecho interesante es que El rayo, a niveles no tan masivos como en una tormenta eléctrica, pudo haber jugado un papel fundamental en la creación de la vida en la Tierra. Harold Urey, Premio Nobel de Química en 1934, propuso que la tierra estaba formada inicialmente por amonio, hidrógeno, metano y vapor de agua. Stanley Miller, (ver por ejemplo Origen de la vida) uno de sus alumnos, creó experimentalmente en 1950 un ambiente conformado sólo con los elementos mencionado. Pero le agregó una chispa eléctrica para similar la atmosfera de entonces y descubrió que, habiéndose previamente cerciorado de que ninguna estructura viva había en el ambiente por él diseñado, después de una semana encontró que se habían formado aminoácidos, los componentes de las proteínas. ¿Será que ese fenómeno natural es una pieza importante para la formación de la vida?.
Se sabe que: todos los días se producen unas 50 mil tormentas en el mundo y en Java, indonesia; hay truenos unos 220 días al año. ¿No es esto interesante?.
No hay que olvidar, los huracanes o tifones que son tormentas enormes que se forman sobre los océanos tropicales cercanos al Ecuador. En este caso, el aire húmedo caliente sube, se enfría y forma nubes que giran en remolino. Los vientos alrededor del ojo de la tormenta arrecian a velocidades supriores a los 320 Kilómetros por hora.
Finalmente, espero que esto les sea útil para entender un poco de la naturaleza que nos rodea, ya todos hemos tenido una experiencia directa con descargas eléctricas, como ocurren en las tormentas acompañadas de «rayos» en los que percibimos fenómenos visuales (relámpago), sonoros (trueno) en incluso químicos, pues en las proximidades donde «cae» un rayo se detecta un olor picante.
El Dr. Horacio Martínez Valencia estudio la licenciatura, Maestría y Doctorado en Física en la Facultad de Ciencias de la UNAM, recibió en dos ocasiones la Medalla ‘Gabino Barreda’, realizo una estancia posdoctoral estudiando átomos de Rydberg en la Universidad de Wesleyan USA. Actualmente, el Dr. Martínez es Investigador Titular C del Instituto de Ciencias Físicas de la UNAM. Realiza estudios sobre plasmas, colisiones atómicas, espectroscopia de plasmas fríos y física aplicada, asimismo, ha llevado a cabo investigaciones experimentales en lo que concierne a la formación y destrucción de átomos de Rydberg, ha incursionado en el área teórica y en procesos de transferencia de carga asistidos por radiación láser, en la que además de concebir, diseñar y planear los experimentos así como, en algunos casos, construir el equipo para la realización de los mismos. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores, teniendo actualmente el Nivel III y a la fecha ha publicado más de 80 artículos en revistas indexadas de difusión internacional.
El Dr. Fidel Benjamín Alarcón Hernández estudio la licenciatura y Maestría en Física en la Facultad de Ciencias de la UNAM. Cuenta con el Doctorado en Ciencias con especialidad en Física Nuclear. Actualmente, el Dr. Alarcón es profesor de la Facultad de Ciencias de la UNAM y está realizando una maestría en Docencia para la educación Media Superior en la UNAM. Sus campos de interés son el estudio de plasmas fríos y colisiones atómicas. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores.