En un rayo el potencial eléctrico es tan grande que el aire se convierte en conductor eléctrico...

La fascinación y temor por los fenómenos meteorológicos es un fenómeno que nos acompaña desde la antigüedad. Los antiguos griegos, por ejemplo, asociaban los rayos con Zeus, su dios más poderoso. Según la mitología nórdica, el fuego producía los relámpagos al cortar con su espada las nubes en su lucha contra los dioses.

En los Estados Unidos mueren unas 100 personas al año a causa del impacto por rayos, siendo el estado de Florida el que presenta un mayor número de casos, un número mayor al causado por los huracanes y tornados combinados.

El Rayo

El rayo corresponde a una descarga eléctrica en la atmósfera, que se produce entre una nube y la superficie, o entre dos nubes. El aire, desde el punto de vista eléctrico es un buen aislante. Sin embargo, cuando la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos supera un cierto valor límite, en torno a los 30,000 voltios, se produce la ruptura dieléctrica de éste, haciendo que el aire sea conductor eléctrico y se produzca una masiva descarga eléctrica en la forma de un rayo.

En su trayectoria, el rayo transporta corrientes eléctricas que pueden llegar como término medio a 30,000 amperios (en el hogar, las intensidades eléctricas están en torno a los amperios con voltajes de 220V) durante millonésimas de segundo con potenciales que se han llegado a estimar en valores que sobrepasaban los 15 millones de voltios, pudiendo llegar incluso a los 200 millones.

El aumento de temperatura en los puntos por donde pasa la descarga (hasta un valor cercano a 30,000°C) y el brusco aumento de presión debido al calentamiento asociado generan una gran luminosidad (relámpago) y ondas de sonido que constituyen el trueno. La velocidad de propagación del sonido en el aire es del orden de 1,200 km/h, de modo que el tiempo transcurrido entre el avistamiento del relámpago y el trueno permite estimar la distancia del observador al punto de ocurrencia del rayo.

El rayo que cae al suelo produce la fulgurita (del latín fulgur, relámpago), nombre que se le da en mineralogía a las rocas cuya superficie ha sido fundida por rayos y también a los agujeros característicos que se forman en las rocas a causa del mismo agente. Cuando golpean rayos sobre las superficies desnudas de las rocas, el aumento repentino de temperatura puede producir cierto grado de fusión, especialmente cuando las rocas son secas y la electricidad no circula con facilidad.

Diariamente en el mundo se producen unas 44,000 tormentas y se generan más de 8,000,000 de rayos según el sistema de detección mundial de meteorología. Se calcula que aproximadamente sólo el 60% de los rayos producen truenos. Esto se debe a que, a menudo, las ondas de varios rayos consecutivos se mezclan para formar uno, o se anulan mutuamente.

El sonido tiende a rebotar en las moléculas que hay en el aire lo que hace que el sonido viaje en todas direcciones, por lo tanto, mientras más lejana esté la fuente, más distorsionado será el sonido. Por lo tanto, cuando se escucha el estruendo repetido de un trueno, la descarga eléctrica ocurrió lejos. Si se escucha el "crack" o "boom” seco de un trueno, es porque la descarga eléctrica ha ocurrido cerca (<100 m).

Aunque parezca increíble, sobrevive el 80% de las personas que reciben la descarga de un rayo. El 30% lo recibe de un teléfono, dentro de sus casas. De los sobrevivientes, el 50% queda con alguna secuela: problemas psicológicos, como miedo a las luces y al aire libre; problemas fisiológicos, como cataratas, problemas de audición, quemaduras en la piel, pérdidas de memoria. Las quemaduras suelen ser superficiales al actuar la piel como un escudo, generando vapor de agua por el intenso calor de la corriente eléctrica, lo que hace ésta circule por el vapor, que es mejor conductor.

Otros fenómenos eléctricos

“Fuegos de San Telmo" son brillos verdosos o azulados que aparecen sobre objetos puntiagudos ubicados en tierra. La luminosidad es creada por las moléculas de aire excitadas por el campo eléctrico que se genera, que generan un flujo continuo de pequeñas chispas, por lo general invisible.

Se han descubierto hace poco las denominadas descargas de gran altitud, relámpagos coloridos que se producen por encima de las tormentas. Se les han dado muy diferentes nombres como: "duendes rojos" (red sprites); "chorros azules" (blue jets); y "elfos verdes" (green elves), que se refieren a sus diferentes formas. Se descargan desde la parte superior de las tormentas al mismo tiempo que se producen descargas de rayos dentro de las nubes.

Los relámpagos en forma de bola o descargas esféricas (Ball lightning), a veces conocido por su nombre alemán de Kugelblitz, son cuerpos luminosos esféricos, o en forma de guisante, con un contorno difuso que flota en un movimiento lento y errático, que acompañan a las tormentas más violentas. Su existencia no está demostrada, afirmando algunos científicos que las bolas luminosas son simplemente una ilusión óptica, explicándolos por el brillante resplandor que produce el relámpago al romper, y que el observador, deslumbrado, cree ver una imagen persistente y fácilmente confundible con una bola luminosa.

Los "duendes rojos" se producen a media altitud en la atmósfera (mesosfera) y su forma recuerda el tallo de una planta de zanahoria. Aunque los duendes son bastante raros, aproximadamente uno de cada veinte rayos surgidos de la parte superior de la nube tienen suficiente energía para producir duendes.

Los "chorros azules", que están restringidos a la parte de la atmósfera ubicada por debajo de 40 km de altitud, son difíciles de observar. Por esta razón la observación de estos fenómenos requiere ir por encima de la parte densa de la atmósfera baja. Estos extraños conos de luz azul fueron registrados por primera vez en una intensa tormenta producida en Arkansas, EEUU, en 1994. Estos chorros luminosos surgen de la parte alta de las nubes de tormenta a una velocidad de alrededor de 120 km/s.

Los pulsos electromagnéticos producidos por la descarga de fuertes rayos crean "elfos", que son, en esencia, intensos destellos de estática de radio que se propaga a la velocidad de la luz en todas direcciones. Cuando la onda frontal del pulso, de forma esférica, llega a cierta altura crítica de la atmósfera (alrededor de 75 a 100 km), el campo eléctrico que contiene acelera electrones con gran eficiencia. Los electrones chocan con las moléculas de aire, excitándolas hasta que emiten luz. Este mecanismo genera anillos de luz que se van expandiendo junto con la intersección del pulso esférico y la capa crítica de la alta atmósfera. Esta intersección se ensancha velozmente (de hecho, a la velocidad de la luz), de modo que los anillos en expansión aparecen a la vista como discos achatados.