Publicado: 
01 de febrero de 2022

Una nueva mirada a la actividad eléctrica en la atmósfera de la Tierra

Imagen del Observatorio de la Tierra de la NASA por Lauren Dauphin, utilizando datos de Petersen, et ál. (2021).
1995 - 2020

Desde los albores de la humanidad, la actividad eléctrica en la atmósfera ha sido una fuente tanto de curiosidad como de asombro. Aunque en cualquier momento en algún lugar de la Tierra centellean docenas de relámpagos, estas breves descargas eléctricas —que generalmente duran menos de 30 microsegundos— siguen siendo inusualmente difíciles de estudiar.

Sin embargo, los satélites han hecho una gran contribución para profundizar nuestra comprensión de la actividad eléctrica en la atmósfera en las últimas décadas. Los sensores en el espacio han proporcionado observaciones de relámpagos de alta calidad desde la década de 1990, lo que hace posible que los científicos atmosféricos cuantifiquen y levanten mapas de la distribución global de los relámpagos.

Uno de los primeros mapas globales de actividad eléctrica atmosférica fue publicado en 2001 con datos del Detector óptico de oscilación transitoria (OTD, por sus siglas en inglés) en el satélite comercial OrbView 1 y el Sensor generador de imágenes de relámpagos (LIS, por su acrónimo en inglés) en el satélite Misión para la medición de lluvia tropical (TRMM, por sus siglas en inglés) de la NASA. Dos décadas más tarde, un segundo LIS montado en la Estación Espacial Internacional (EEI) se suma a los registros a largo plazo y crea mapas mejores y más nuevos de la actividad eléctrica atmosférica global.

El mapa anterior se basa en observaciones de múltiples sensores: el LIS de la EEI, el LIS de TRMM y el OTD. El LIS de TRMM recopiló datos entre 1997 y 2015; el OTD estuvo operativo entre 1995 y 2000, y el LIS de la EEI ha estado volando desde 2017. Los científicos del Laboratorio Nacional de Los Álamos y la Universidad de Alabama en Huntsville publicaron un mapa actualizado en marzo de 2021. Los investigadores del Centro Espacial de Vuelo Marshall de la NASA publicaron un mapa similar de actividad eléctrica atmosférica, basado en tres años de observaciones del LIS de la EEI, en julio de 2020.

“Lo que es nuevo y notable sobre el LIS de la EEI es que nos brinda observaciones que están significativamente más al norte y al sur que las que obtuvimos con TRMM”, explicó Patrick Gatlin, científico atmosférico de la NASA en el centro Marshall. “Las observaciones del LIS de la EEI se extienden a latitudes de hasta 55 grados norte y 55 grados sur, bien entradas en Canadá y la Patagonia”. Los anteriores mapas globales de relámpagos hacían uso de observaciones del LIS de TRMM que estaban limitadas a los trópicos. (Los investigadores generalmente usan datos más antiguos y de menor calidad del OTD para llenar los vacíos de las áreas en latitudes altas).

“Uno de los aspectos emocionantes de tener datos del LIS de la EEI es que estamos empezando a ser capaces de comparar lo que sucede con la actividad eléctrica atmosférica ahora con lo que vimos en la década de 1990 con el OTD, y con lo que vimos en las décadas de 2000 y 2010 con el LIS de TRMM”, dijo Tim Lang, científico atmosférico de NASA en el centro Marshall. “Los satélites también tienen una ventaja incorporada sobre las redes terrestres porque no tenemos brechas en la red y tenemos mediciones por encima de los océanos”.

Los anteriores mapas de actividad eléctrica atmosférica asignaban a los relámpagos una sola coordenada en un mapa. Al reprocesar todos los datos del OTD y el LIS, los científicos pudieron incluir las dimensiones horizontales. “Nuestro análisis explica el hecho de que los rayos pueden propagarse horizontalmente, no solo verticalmente desde las nubes hasta el suelo”, explicó Michael Peterson del Laboratorio Nacional de Los Álamos. “Una forma de pensar en esta nueva climatología es que nos indica la frecuencia con la que un observador puede esperar que los relámpagos sean visibles en lo alto, independientemente de dónde comenzó o terminó el relámpago”.

“Algunos relámpagos, los llamamos megarelámpagos, en realidad se propagan a distancias horizontales increíblemente largas, a veces cientos de kilómetros”, agregó Peterson. El rayo más largo que se ha registrado abarcó 709 kilómetros (440 millas) mientras centelleaba a través de los cielos de Argentina y Brasil durante 11 segundos en 2018.

Actividad eléctrica atmosférica en Maracaibo, Venezuela. Créditos: NASA
Actividad eléctrica atmosférica en Maracaibo, Venezuela. Créditos: NASA

Aunque el nuevo enfoque cambia algunos detalles de cómo entendemos los relámpagos, los patrones generales siguen siendo similares a los anteriores. Con un promedio de 389 relámpagos por día, el lago de Maracaibo en el norte de Venezuela (se muestra arriba) tiene la densidad de área de relámpagos más alta del mundo. La geografía única de esa región alimenta patrones climáticos que la convierten en un imán para tormentas eléctricas y relámpagos. El área a lo largo del lago Kivu, en la frontera entre Ruanda y la República Democrática del Congo, ocupa el segundo lugar, con un promedio de 368 relámpagos por día.

Si bien los investigadores aún están en el proceso de armonizar los diversos registros de datos, son optimistas de que los datos satelitales serán útiles para identificar tendencias en la actividad de los rayos. También tienen la esperanza de poder determinar si el cambio climático está afectando la actividad eléctrica en la atmósfera. Algunos científicos anticipan que los patrones cambiarán a medida que el mundo se calienta y los frentes meteorológicos y las trayectorias de las tormentas se ajustan. Al contribuir a la producción de dióxido de nitrógeno, que es un gas de efecto invernadero, los relámpagos también contribuyen directamente al calentamiento global. “Existe una urgencia adicional para observar el efecto del cambio climático sobre la actividad eléctrica en la atmósfera porque la Organización Meteorológica Mundial agregó recientemente los relámpagos a su lista de variables climáticas esenciales”, dijo Lang.

Imagen del Observatorio de la Tierra de la NASA por Lauren Dauphin, utilizando datos de Petersen, et ál. (2021). Fotografía de la NASA. Reportaje por Adam Voiland.

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