Como os prometí, en esta entrega vamos a hablar sobre cómo se produce la separación de cargas en una nube de tormenta. En realidad, este es un proceso que no se comprende del todo bien, lo que voy a explicar aquí es la hipótesis probablemente más aceptada por la comunidad científica. Pero no me peguéis si algún día se descubre que esta teoría era incorrecta (o si alguien lo ha descubierto ya, y yo no me he enterado).
En el interior de la tormenta se producen fuertes corrientes ascendentes, que arrastran las pequeñas gotas de agua que forman la propia nube. Al subir, estas gotitas se enfrían muy rápidamente, hasta varias decenas de grados bajo cero.
Todos pensaríamos que a tan bajas temperaturas el agua se congelaría de forma instantánea. Pero no tiene porqué ser así. El cambio de fase se desencadena sí se produce una perturbación. Esto ha pasado en algunos sótanos inundados bajo cero, lo que llamamos agua sobre-enfriada: al intentar entrar una persona, el agua se congela rápidamente al rededor de sus pies, atrapándolo.
En el caso de las gotas sobre-enfriadas en el interior de la nube de tormenta, esta perturbación se puede producir por la presencia de una partícula de polvo llamada núcleo de condensación (en cuyo caso, la gota se convertirá en un copo de nieve, o de granizo), o bien por la colisión de la gota con un cristal de hielo previamente formado.
En el caso de la colisión con un trozo de hielo preexistente, lo habitual es que el agua que contenía la gota se congele inmediatamente y quede adherida al hielo. De esta forma, se va formando un cristal de hielo cada vez más grande, hasta que pesa demasiado como para que las corrientes ascendentes lo mantengan, y se precipite al suelo en forma de granizo suave. Este proceso se conoce como acreeción.
Pero en ocasiones, no toda el agua de la gota queda adherida al hielo. Una parte puede sobrevivir y convertirse en un minúsculo cristal de hielo. Además, lo normal es que a causa de la colisión haya una pequeña transferencia de carga, de forma similar a que podemos cargar eléctricamente una regla de plástico frotándola con lana.
De esta forma, el pequeño cristal de hielo se queda con un poco de carga positiva. Como es muy pequeño, las corrientes ascendentes lo siguen arrastrando hacia arriba. Por otra parte, el copo de granizo suave queda con carga negativa, y como es más pesado permanece en la zona baja de la nube.
Así pues, con el tiempo, la zona superior de la nube queda cargada positivamente, mientras que las cargas negativas se acumulan en la zona más cercana al suelo.
Esta proximidad con el suelo hace que aún ocurran más cosas. Podemos considerar la Tierra como un conductor enorme, es decir, las cargas eléctricas que hay en su interior se pueden mover con cierta libertad. Como las cargas de signos opuestos se atraen, la presencia de una zona con mucha carga negativa en la parte inferior de la nube induce una zona de carga positiva en el suelo, justo por debajo de la nube, que sigue todos sus movimientos.
En definitiva, tenemos dos zonas donde se ha acumulado carga positiva (en la cima de la nube y en el suelo), mientras que en el medio hay una zona de carga negativa. Ya tenemos el terreno abonado para que se produzcan las descargas, veremos cómo en el siguiente capítulo, en este mismo blog.
En Genciencia | Cómo se producen los rayos(1): Introducción
(2): Electrificación de la nube
(3): Rayos cósmicos, sembrado de electrones
(4): Ruptura relativista del aire
(5): Formación del canal conductor
(6): Descargas y conclusión
Foto | NOAA
Comentarios
Tengo una duda: cuando se producen las colisiones que mencionas, y por tanto dicha transferencia de carga, ¿por qué el minúsculo cristal de hielo (el que asciende) queda siempre cargado de forma positiva? O dicho de otro modo, si inicialmente el copo de granizo con el cual colisiona gota de agua sobre-enfriada es eléctricamente neutro, ¿por qué se supone que tiene preferencia para atraer los iones negativos de la molécula de agua (O2-) y así adquirir dicho exceso de carga negativa?
En realidad, cuando se habla de algo positivo, se habla de falta de electrones. Si algo tiene un exceso de electrones es negativo, y el positivo es el que tiene un defecto de ellos.
Imagino, que llevo tiempo sin tocar electrónica, que al subir estos copos existe un roce de partículas, haciendo que estos copos pierdan electrones, quedando estos en la parte inferior. Mientras que en la superior, hay un déficit de electrones, quedando todo positivo (positivo con respeto a la parte inferior).
Muy buenos posts. Me han gustado. Lo que más me alucina es que, el aire, pese a ser un aislante muy bueno sea conductor en estos casos. Es decir la diferencia de potencial debe ser grandiosisima. Es decir, la carga eléctrica que hay en la tierra debe ser exageradamente brutal, al igual que la que se genera en la nube. Estas demostraciones de poder por parte de la naturaleza me encantan.
Tienes una errata justo al final del tercer párrafo, donde dices: "dejándolo aptrapándolo".
Saludos!
Gracias por avisar de la errata :D
No es tanto cuestión de diferencia de potencial, como de campo eléctrico (recuerda que el campo es proporcional al potencial dividido por la distancia); porque el campo eléctrico es lo que da la fuerza que siente los electrones. Para producir la ruptura dieléctrica del aire, dicha fuerza debe ser superior a la atracción que siente el electrón hacia el núcleo atómico.
Como dije en la primera parte del artículo, lo sorprendente es que las mediciones demuestran que el campo eléctrico en la nube no es, ni de lejos, suficiente para llegar a producir esto. Esta noche veremos cómo ocurre en realidad (o, al menos, la mejor teoría que tenemos al respecto).
Rayos, ya estás tardando en poner la tercera entrega, estoy sin dejar de mirar fijamente el monitor a ver si por fin me entero de con qué acaricia el cosmos el lomo de las nubes :)
Tenia que ver con rayos gamma no neutrinos, no recuerdo bien xD. Lo que si estoy seguro es que esta relacionado con la supernovas.
“Agua sobre-enfriada: al intentar entrar una persona, el agua se congela rápidamente al rededor de sus pies, atrapándolo” Me hizo recordar este fascinante experimento: http://www.genciencia.com/quimica/el-liquido-que-se-convierte-en-solido-al-tocarlo
Si no me equivoco... los rayos pueden producirse con tiempo soleado, no?
Creo que eso son un tipo de rayos que se llama rayos positivos, y no porque sean beneficiosos. Se llaman asi porque en vez de tener su origen en "el polo negativo" de la nube lo hacen en el polo positivo, que como se puede deducir de este mismo articulo es la cima de ésta.
Aunque la impresion de que caen con tiempo soleado, en realidad es porque la cima puede encontrarse por delante del resto de la nube. Aun asi, siempre se observa que hay nubes a unos pocos kilometros de distancia.
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