Cómo se generan los megarrayos y por qué los de Sudamérica intrigan a los científicos

Imagina un rayo tan potente que puede recorrer de una sola vez cientos de kilómetros.

Detectores en satélites permitieron a la Organización Meteorológica Mundial (OMM) certificar dos récords de lo que los científicos llaman “megadescargas”, megaflash en inglés, a veces descritas popularmente como “megarrayos”.

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El récord en longitud correspondió a un solo rayo que cubrió una distancia horizontal de 709 km sobre el sur de Brasil el 31 de octubre de 2018, según un comunicado emitido por la OMM el 28 de junio. (La medición tiene un margen de error de 8 km).

Y el récord de duración fue de una descarga eléctrica que se desarrolló continuamente sobre el norte de Argentina el 4 de marzo de 2019 y que se prolongó durante 16,7 segundos.

Los nuevos registros superan en más del doble los extremos registrados antes, en Estados Unidos y Francia.

“Se trata de récords extraordinarios para rayos individuales”, señaló Randall Cerveny, profesor de la Universidad de Arizona y relator de registros meteorológicos y climáticos extremos de la OMM.

“Estos extremos son ejemplos vivientes que muestran de lo que es capaz la naturaleza … Y es probable que haya récords aún mayores que podremos observar a medida que avance la tecnología”.

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Que ambos récords se hayan registrado en Sudamérica no sorprende a Eldo Ávila, profesor de la Universidad de Córdoba e investigador en física de la atmósfera del CONICET en Argentina.

Ávila, quien se especializa en física de nubes y electrificación de tormentas, ha venido investigando por qué el sureste de Sudamérica es donde tienen lugar algunas de las tormentas eléctricas más potentes, más frecuentes y más asombrosas del planeta.

El científico argentino explicó a BBC Mundo qué es una megadescarga, por qué las tormentas eléctricas de Sudamérica parecen tener características únicas, y por qué es de vital importancia descifrar sus misterios.

Qué es una megadescarga

Las tormentas producen varios tipos de descargas. La descarga se propaga dentro de una misma nube o entre nubes cercanas, explicó Ávila.

Pero la descarga también puede descender a tierra.

“Antes se decía que una descarga duraba menos de un segundo, pero cuando se verificó por primera vez un récord de más de 300 km hubo que redefinir la terminología”, señaló el científico.

“La tecnología nos permite ahora hablar de megadescargas, que son descargas de más de 100 km de longitud”.

Los megarrayos, para propagarse con longitudes tan largas, suelen viajar horizontalmente. Pero Ávila aclara que en el camino pueden hacer descargas a tierra.

El récord anterior de un megarrayo de 321 km había sido observado con una red de instrumentos en tierra.

Los científicos cuentan ahora con instrumentos a bordo de satélites como el GOES-16 y el GOES -17, operados por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos (NOAA).

Sensores en otro satélite anterior, el TRMM, ya permitía observar descargas desde el espacio. Pero el TRMM daba vueltas a la Tierra pasando cada tanto sobre un mismo punto.

La ventaja de satélites como GOES es que son geoestacionarios o fijos, y observan permanentemente el continente americano.

Cómo se produce una descarga

Para entender por qué las tormentas eléctricas en Sudamérica son tan singulares, debemos recordar antes algo que tal vez viste en tus clases de secundaria: cómo se produce un relámpago.

Cuando el aire caliente asciende varios kilómetros se va enfriando, por lo que se condensa y produce primero gotitas de lluvia y luego partículas de hielo, explicó Ávila.

“Para que las nubes se electrifiquen fuertemente es necesario que haya partículas de hielo dentro de las nubes”, agregó el científico.

Las partículas de hielo son de diferentes tamaños, algunas son más grandes o granizos, y otras son cristales de hielo más pequeños.

Esas partículas colisionan entre sí millones de veces y con cada choque se producen transferencias de cargas eléctricas, que dejan a las partículas que colisionan con cargas de distinto signo.

Las partículas positivas o más livianas quedan en la parte superior de la nube y las negativas o más pesadas en la parte inferior.

“Se van separando y esto va generando una diferencia de potencial dentro de la nube, que va creciendo hasta que se produce la descarga. Es algo parecido a lo que ves cuando en una batería no hace falta que unas los dos cables, sino que basta con arrimarlos, y hay un campo eléctrico muy alto que es capaz de romper el aire y producir una chispa”, afirmó Ávila.

“Justo en mi laboratorio nosotros simulamos estas colisiones y medimos la cantidad de carga para comprender cómo se electrifica una nube”.

El enigma de Sudamérica

La intensidad de las tormentas eléctricas de Sudamérica es lo que motivó a cerca de 160 científicos de Estados Unidos, Brasil y Argentina a trabajar juntos en Córdoba en 2018 en el proyecto RELAMPAGO (sigla en inglés de Detección Remota de Procesos de Electrificación, Rayos y Mesoescala/microescala con Observaciones de Campo).

Con radares a bordo de camiones, globos, redes de detección de rayos y otros instrumentos, los investigadores, incluyendo Ávila, recogieron datos que aún están siendo analizados para comprender las peculiaridades de las tormentas en la región conocida como SESA, el sureste de Sudamérica, y que incluye el centro-norte de Argentina, el sur de Brasil y parte de Paraguay.

Ya un estudio de 2006 con datos del satélite TRMM sobre las tormentas eléctricas más intensas del planeta encontró a la “campeona” en el norte de Argentina.

El sureste de Sudamérica es especialmente propicio para un fenómeno que se conoce como Sistema Convectivo de Mesoescala o MCS por sus siglas en inglés.

El término se refiere a tormentas que se agregan y organizan a una escala mayor que las tormentas individuales. (Convección significa ascenso del aire, y meso o mediana escala se refiere a todo sistema atmosférico que se desarrolla en la escala entre los 100 y 1000 km de longitud).

“Esas tormentas organizadas son por ejemplo los frentes fríos que vemos muchas veces que vienen desde Patagonia, son frentes de entre 100 y 1.000 km y van ocupando áreas muy grandes, este tipo de tormentas son las que son capaces de producir estas descargas tan grandes”.

Estas tormentas de Sudamérica no solo ocupan extensiones muy largas sino que alcanzan grandes alturas, como comprobó el proyecto RELAMPAGO.

“En la atmósfera hay un techo a los aproximadamente 14 km”, explicó Ávila a BBC Mundo.

“Ahí acaba una capa de la atmósfera, la tropósfera, y comienza otra, y se produce como una inversión que no deja que haya intercambio de masas de aire desde abajo hacia arriba”.

“Por lo tanto, hay que venir con mucho impulso para romper ese techo y pasarlo, pero estas tormentas en Sudamérica pasan este techo por mucho, algunas llegan a 20 km de altura”, agregó el físico argentino.

“Son tormentas muy energéticas, por eso causan inundaciones muy importantes, caída de granizo, vientos muy fuertes. Es común en nuestra zona que caiga granizo de varios centímetros que abolla completamente los autos”.

La clave de la topografía

¿Pero a qué se debe que en esta región se formen tormentas con tanta energía?

“Justamente una de las preguntas del proyecto RELAMPAGO es qué tiene de especial el sureste de Sudamérica para que se desarrollen tormentas tan energéticas”, señaló Ávila.

Los científicos no tienen aún una última palabra, pero sí una hipótesis: que la topografía del lugar juega un papel esencial, debido a la combinación de los Andes, las sierras y las planicies.

“Para que se forme una tormenta necesito que el Sol caliente un lugar, que ese aire suba con humedad varios km y se enfríe y condense y se formen gotas de lluvia y cristales de hielo. Pero es necesario que algo dé como la patada inicial para que ese aire húmedo llegue arriba”.

En el caso del sureste de Sudamérica, la humedad viene del Amazonas, transportada por corrientes de aire.

“Y la topografía entra entonces a jugar un papel importante, porque si una corriente de aire pasa por una montaña, eso hace que se levante esa corriente. Ésa es la patada inicial que uno necesita para armar esa tormenta y es allí donde entran en juego las sierras de Córdoba”.

Las montañas de esas sierras no son muy altas, el pico más alto es de aproximadamente 2.700 metros, pero “es suficiente para iniciar la convección o ascenso del aire que se necesita”.

“La hipótesis del proyecto es que las montañas de Córdoba son las que están iniciando estas tormentas, aunque luego pueden desatarse en otros lados y llegar a Brasil, Paraguay o Uruguay”.

El científico aclara que no siempre se requieren montañas para formar tormentas, ya que por ejemplo, en lugares llanos, un frente de aire frío puede impactar con otro de aire caliente y colocarse por debajo de él, haciendo que el aire caliente se eleve.

Ávila ilustra la importancia de la topografía con un caso célebre. Aunque no se han detectado allí megarrayos, el Lago de Maracaibo en Venezuela es según un ránking de la NASA de 2016 el lugar donde se registran rayos con más frecuencia en el planeta.

El fenómeno es conocido popularmente como el “relámpago de Catatumbo”, en referencia al río que desemboca en el lago. La NASA señaló que allí se producen en promedio tormentas eléctricas y relámpagos 297 días al año.

“Aparentemente esto tiene que ver con la topografía, porque el lago está rodeado por una cadena montañosa”, señaló Ávila, quien realizó un estudio sobre el fenómeno en Venezuela.

“Del Caribe entra un flujo de aire húmedo y las montañas lo suben haciendo convección, en un ciclo de la naturaleza que es repetitivo”.

El cambio climático y lo que está en juego

“Lo que más nos gustaría es conocer mejor estas tormentas intensas para poder pronosticarlas”, señaló Ávila a BBC Mundo.

Hay eventos muy bien pronosticados como los huracanes, en los que se sabe el camino que siguen y cómo avanzan. Pero no existe ese grado de previsión para las grandes tormentas eléctricas de Sudamérica.

“A nosotros nos gustaría alertar a defensa civil cuando se arman estas tormentas de alto impacto, que producen grandes inundaciones, granizo destructivo y descargas que causan muertes”.

“En general una nube altamente electrificada te está diciendo que allí hay mucho granizo. Mientras más conozcamos estas tormentas mejor podremos predecirlas”.

Los científicos tampoco entienden aún por qué las grandes tormentas del sureste de Sudamérica no producen tantos tornados como en Estados Unidos, a pesar de que hay una similitud entre las planicies del llamado corredor de tornados de ese país y las de la pampa en Argentina.

Pero hay un interrogante más urgente para Ávila: ¿cómo puede impactar en estas tormentas el cambio climático?

“Justamente al poder medir las megadescargas, al tener instrumentos para detectarlas, podemos ver ahora cómo evolucionan”, señaló el científico argentino a BBC Mundo.

“Queremos saber si con el cambio climático vamos a tener más o menos tormentas, y si las descargas van a ser mayores”.

“La relación de estas tormentas eléctricas con el cambio climático es la pregunta que queremos responder”.

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