Espectacular vídeo muestra cómo funcionan (o no) los pararrayos

Obtenido por científicos con cámara de alta velocidad, muestra detalles de las conexiones a edificios cercanos

Con una cámara de alta velocidad y la suerte de estar en el lugar correcto en el momento correcto, el físico Marcelo Saba, investigador del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (INPE) de Brasil y el candidato a doctorado Diego Rhamon obtuvieron una imagen única de la caída de un rayo que muestra detalles de las conexiones a edificios cercanos.

"La imagen fue tomada en una tarde de verano en São José dos Campos [en el estado de São Paulo] mientras un rayo con carga negativa se acercaba al suelo a 370 km por segundo. Cuando estaba a unas pocas docenas de metros del nivel del suelo, los pararrayos y los objetos altos en la parte superior de los edificios cercanos produjeron descargas positivas hacia arriba, compitiendo para conectarse con el rayo hacia abajo. La imagen final previa a la conexión se obtuvo 25 milésimas de segundo antes de que el rayo impactara en uno de los edificios", dijo Saba.

Usaron una cámara que toma 40.000 cuadros por segundo. Cuando el vídeo se reproduce a cámara lenta, muestra cómo se comportan las descargas de los rayos y también lo peligrosas que pueden ser si no se instala correctamente el sistema de protección: Aunque hay más de 30 pararrayos en las cercanías, el rayo no los conectó a ellos sino a una chimenea en la parte superior de uno de los edificios. "Una falla en la instalación dejó desprotegida la zona. El impacto de una descarga de 30.000 amperios hizo un daño enorme", dijo.

En promedio, el 20% de todos los rayos implican un intercambio de descargas eléctricas entre las nubes y el suelo. El otro 80% ocurre dentro de las nubes. Casi todos los golpes que tocan el suelo son descargas de nube a tierra. También ocurren golpes hacia arriba, pero son raros y comienzan en la parte superior de estructuras altas como montañas, rascacielos, torres y antenas. Los rayos también se pueden clasificar como negativos o positivos, según la carga transferida al suelo.

"Los rayos pueden tener una longitud de hasta 100 km y transportar corrientes de hasta 30.000 amperios, equivalente a la corriente utilizada simultáneamente por 30.000 bombillas de 100 vatios. En algunos casos, la corriente puede alcanzar los 300.000 amperios. La temperatura de un rayo típico es de 30.000°C, cinco veces la temperatura de la superficie del sol", dijo Saba.

Imagen: Fijación del rayo al edificio 11. Esta figura muestra un fotograma antes de que se produzca el golpe de retorno.

Cómo se forman los rayos

Todo comienza con la electrificación de la nube, explicó. El mecanismo es poco conocido, pero básicamente involucra la fricción entre partículas de hielo, gotas de agua y granizo, liberando cargas y creando polaridades entre diferentes regiones de nubes, con diferencias en el potencial eléctrico que van desde 100 millones de voltios hasta mil millones de voltios.

"Tenga en cuenta que las nubes de tormenta son estructuras enormes. La parte inferior está a 2 o 3 km del suelo, la parte superior puede alcanzar los 20 km de altura y el diámetro puede ser de 10 a 20 km", dijo.

Los rayos se ramifican a medida que las cargas eléctricas buscan el camino de menor resistencia, en lugar del camino más corto, que sería una línea recta. El camino de menor resistencia, generalmente un zigzag, está determinado por diferentes características eléctricas de la atmósfera, que no es homogénea. “Un rayo compuesto por varias descargas puede durar hasta 2 segundos. Sin embargo, cada descarga dura solo fracciones de milisegundos”, dijo Saba.

Los pararrayos no atraen ni repelen los rayos, agregó. Tampoco "descargan" nubes, como solía creerse. Simplemente ofrecen a los rayos una ruta fácil y segura hacia el suelo.

Imagen: (a) Rayo descendente ramificado que muestra múltiples serpentinas. (b) Trayectoria de la carrera de retorno trazada sobre el marco (25 µs) justo antes del accesorio. (c) Imagen de trazo de retorno 1 ms. (d) Rayo conectado a la chimenea en la esquina del edificio a pesar de la presencia de una barra de protección contra rayos más alta en la parte superior. (e) Destrucción causada por la caída del rayo.

Debido a que no siempre es posible contar con la protección de un pararrayos, y la mayoría de las descargas atmosféricas ocurren en verano en los trópicos, vale la pena considerar el consejo de Saba. "Las tormentas son más frecuentes por la tarde que por la mañana, así que ten cuidado con las actividades al aire libre en las tardes de verano. Busca refugio si escuchas un trueno, pero nunca debajo de un árbol o poste, y nunca debajo de un techo desvencijado", dijo.

"Si no puedes encontrar un lugar seguro para refugiarte, quédate en el automóvil y espera a que pase la tormenta. Si no hay un automóvil u otro refugio disponible, ponte en cuclillas con los pies juntos. No te pongas de pie ni te acuestes. En interiores, evita el contacto con electrodomésticos y teléfonos fijos".

Es posible sobrevivir al impacto de un rayo, y hay muchos ejemplos. Las probabilidades aumentan si la persona recibe atención rápidamente. "El paro cardíaco es la única causa de muerte. En este caso, la reanimación cardiopulmonar es el tratamiento recomendado", dijo Saba.

Saba comenzó a estudiar sistemáticamente los rayos con cámaras de alta velocidad en 2003, desde entonces construyó una colección de vídeos de rayos filmados a alta velocidad que se ha convertido en la más grande del mundo.

La imagen apareció en la portada de la edición del 28 de diciembre de 2022 de Geophysical Research Letters (GRL), que incluía un artículo con Saba como primer autor: Close View of the Lightning Attachment Process Unveils the Streamer Zone Fine Structure