Què fer en cas de tempesta?

1993/11/01 Etxebarria, Jose Ramon Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Klima

En el número anterior (és a dir, "Elhuyar. Ciència i Tècnica" 76, octubre 1993), "Electricitat atmosfèrica. En l'article titulat "El raig i uns altres" vam veure els fenòmens electroestàtics en l'atmosfera, i en aquesta ocasió parlem sobretot dels raigs i les proteccions.

Estructura dels núvols de trons. Origen i evolució

Per a comprendre el comportament dels atacs de trons i la distribució de càrregues elèctriques, partim de l'explicació de la seva estructura general, en la qual l'estructura mecànic-termodinàmica és fonamental.

Els núvols dels atacs de trons estan disposades per habitacions, cadascuna d'elles pot ser considerada gairebé de manera independent, i el que ocorre en cadascuna d'elles és similar. Imaginem, per tant, una habitació així i analitzem la seva evolució temporal. Referent a això, en la figura 6 es mostren esquemàticament tres etapes d'aquesta evolució, representant la fase inicial de creixement, la sala madura i la fase final. Comencem per una breu descripció d'aquestes tres fases.

En la primera fase el núvol s'infla i creix, amb corrents ascendents en l'aire, que al seu torn absorbeixen l'aire circumdant. A més, a mesura que ascendeix, l'aire puja a major velocitat. En arribar a la fase de maduresa, el núvol és molt major i més alta que al principi, i dins d'ella els corrents s'organitzen en direccions diferents. En un lateral es genera un corrent fort a la baixa que afavoreix la caiguda de gotes d'aigua gruixudes o calamarsa, provocant una pluja intensa en forma de tempesta. En aquesta època es produeixen principalment els raigs. De la mateixa manera, poc abans es produeixen ones d'aire fresc al voltant de la superfície.

Amb el temps, a mesura que s'acabi la vida del núvol, l'agressió va perdent força, i en la tercera fase els corrents d'aire dins de l'estada s'escalfen, amb tendència a la baixa, i la pluja es va atenuant. Per dalt el núvol es dispersa en forma d'enclusa. Arriba el final de l'atac de trons.

En aquesta evolució es troben aspectes d'interès físic, en concret l'explicació mecànic-termodinàmica de la generació de corrents i la distribució de la càrrega elèctrica. De la primera no parlarem molt aquí, ja que d'això es pot trobar informació suficient en els treballs de referència. En segon lloc, es diu que l'estructura de les càrregues elèctriques en el cas de la sala adulta d'atacs de trons és similar a la representada en la figura 7.

S'observa que la part superior està carregada positivament, mentre que la inferior és majoritàriament negativa. No obstant això, en la part inferior hi ha una petita regió en la qual hi ha una càrrega positiva i a més està situada a la comarca de pluges intenses. No s'entén molt clar quin és el funcionament d'aquesta regió.

Mecanisme de distribució de càrregues

Es pot preguntar com es pot produir l'estructura elèctrica dels núvols apareguts en l'apartat anterior. D'una banda, podem dir que aquesta estructura està prou provada mitjançant mesuraments, però d'altra banda, per a explicar el mecanisme que genera aquesta distribució, no sols la teoria, sinó també la inadequació.

La càrrega en la part inferior dels atacs de trons és molt elevada, la qual cosa pot donar lloc a una diferència de potencial entre el núvol i l'escorça terrestre de 20, 30 o 100 milions de volts, molt superior als 0.4 milions de volts des de la capa de 50 km fins a la superfície terrestre. Aquesta enorme diferència de potencial és la que provocarà els raigs, transportant-se a la superfície terrestre 20~30 coulomb en cada descàrrega d'aquest tipus. Es pot preguntar quant temps triga el sistema de la sala de núvols a recuperar-se.

Els mesuraments indiquen que la mitjana és de 5 segons o menys. És a dir, passat aquest temps el sistema està llest per a una nova descàrrega, encara que el procés és prou aleatori, ja que la geometria i les condicions del núvol van canviant constantment. Tanmateix, això és el que fa un corrent de 4 amperes en el mecanisme del núvol de trons, per al que les càrregues internes positives i negatives hauran de distribuir-se a aquest ritme, la qual cosa requerirà una teoria adequada.

Segons les dades de l'experiència, és evident que en el cas de les agressions de tro existeix una forta relació entre les pluges torrencials i l'activitat elèctrica, i que els fenòmens elèctrics apareixen coincidint amb l'inici de la forta precipitació. Existeixen també una sèrie de requisits que qualsevol teoria de la distribució de càrregues ha de complir:

• La càrrega a dalt positiva i a baix negativa.
• La distribució de càrregues ha de ser capaç d'explicar el valor de certes amperes.
• El procés també ha de produir-se per sota del punt de congelació de l'aigua i ha de ser compatible amb la precipitació en estat sòlid.

Per a explicar aquestes i unes altres, s'han inventat diferents teories, però cap dóna una explicació completa i adequada. No obstant això, farem una declaració d'aquesta mena de teoria, amb la intenció d'explicar com poden passar les coses, però conscient que no és total. Aquesta teoria és la teoria de Wilson

En la teoria de Wilson s'analitza el comportament de la gota d'aigua que cau dins d'un camp elèctric (sigui com sigui la congelació). Per la causa del camp, la gota tindrà un moment dipolar induït, sent la part inferior positiva i la superior negativa, com es mostra en la figura 8. A continuació es considera que existeixen en l'aire els ions grans anteriorment esmentats. Durant la caiguda de la gota, en acostar-se als ions, els ions positius es repel·liran per la part inferior i difícilment podran acostar-se a la part superior de la gota, ja que les gotes cauen ràpidament i els ions grans funcionen lentament. D'altra banda, en aproximar-se, la gota atraurà ions negatius i aquests poden quedar atrapats, carregant negativament la gota. D'aquesta manera es desplaçaria la càrrega negativa cap a la part inferior dels núvols, explicant d'alguna manera l'estructura del núvol.

No obstant això, hi ha problemes que no s'han aclarit amb aquesta teoria. En primer lloc, la distribució de càrregues en els núvols de trons és molt elevada i el subministrament d'ions atmosfèrics simples és insuficient. Per aquesta raó Wilson i uns altres han proposat una font addicional d'ions que pot resumir-se de la següent manera. Una vegada iniciada la distribució de càrregues, s'observen zones elèctriques molt violentes que permeten que l'aire quedi fàcilment ionitzat. Si hi ha punts molt carregats (per exemple gota petita) pot produir-se una “descàrrega de raspalls”.

A causa del fort camp elèctric, els electrons s'acceleren, xocant amb els àtoms, extraient més electrons i deixant càrregues positives darrere. Això pot donar lloc a una espècie de reacció de cadenes localment, produint grans captacions d'ions. És possible que a l'interior dels núvols ocorri una cosa així, de manera que quedi exposat el problema del subministrament d'ions. Però la veritat és que no és molt clar si les coses realment passen així.

En qualsevol cas, l'explicació anterior ens permet comprendre, almenys en part, la generació d'electricitat en l'atmosfera. Així succeeixen les coses més o menys dins d'un núvol de trons. Per la causa dels corrents d'aire, els ions i les gotes d'aigua o les partícules de gel queden repartides les càrregues positives i negatives.

Les càrregues positives es condueixen a la part superior del núvol i les negatives a la inferior, passant aquestes últimes a través dels raigs cap a la superfície terrestre, passant les càrregues positives a les capes superiors en el desmantellament del núvol. D'altra banda, aquesta separació entre les capes atmosfèriques generades en els atacs de trons va descarregant-se lentament en regions amb bon temps, gràcies a la conductivitat dels ions emesos a l'aire per raigs còsmics i altres mitjans. Aquest procés general, en equilibri dinàmic, s'està produint de manera contínua a través del planeta Terra.

Explicació del procés de raigs

Per a explicar el procés dels raigs, citarem el cas del raig més comú, que es produeix entre la part baixa negativa del núvol i la regió positiva de la superfície terrestre, per a comprendre qualitativament els processos que es produeixen en els diferents tipus de raigs.

Com ja s'ha indicat, en aquest cas l'acumulació de càrrega negativa en la part inferior dels núvols de tro, passa a la superfície terrestre per mitjà de llamps. Com? En les següents línies tractarem de descriure el cas més comú.

La part inferior del núvol és molt més negativa que la superfície terrestre que la té davant, per la qual cosa els electrons s'acceleren cap al sòl. No obstant això, el raig es canalitza per una via molt definida, segons el procés posterior. En primer lloc sorgeix alguna cosa que es diu “pas líder”. Cadascun d'ells és de manera recta, té una longitud aproximada de 50 m i està carregat negativament del núvol. Cada pas es realitza de forma molt ràpida (per exemple, la sisena part de la velocitat de la llum) i després es deté, amb uns 50 microsegons, per a fer un pas més, canviant de direcció, fent a tots un camí similar al de la figura 9.

Una vegada que el pas líder ha arribat al sòl, existeix un camí com un “fil conductor” per a fer passar la càrrega del núvol al sòl. D'aquesta manera, es produeix el raig visible, és a dir, el raig es desplaça cap amunt, tal com es mostra en la figura 10, ja que la descàrrega s'inicia al contacte amb el sòl. Per això es denomina il·luminació de devolució. De mitjana, el corrent de descàrrega del raig pot aconseguir un pic de 10.000 A, per descomptat en molt poc temps, transportant fins a 20 coulomb.

L'energia utilitzada en el procés es transforma principalment en un soroll, una ràdio i una calor, anomenat tro, que s'escolta poc després de la llum sonora. A pesar que el pic de temperatura assolible en el canal creat pel pas líder és molt alt (uns 30.000 °C), la durada del cim és d'uns pocs milones de segon, la qual cosa fa que la roba de les persones afectades pel raig a penes es cremi. No obstant això, en alguns casos és capaç de crear espurnes per a començar a cremar boscos. D'altra banda, aquest supercalentamiento de l'aire genera les ones de xoc que generen els trons.

No obstant això, no és necessari finalitzar el procés anterior amb l'única descàrrega existent. En desaparèixer l'atestat de devolució, un altre líder va cap avall, aquesta vegada sense escales, i torna la descàrrega. El procés pot repetir-se diverses vegades fins al pròxim raig.

En la descripció anterior no s'han tingut en compte elements singulars, com per exemple la consideració de la superfície plana. No hem dit res sobre les formes geomètriques que es poden crear localment i sobre la influència local que poden tenir els objectes punxants (construccions altes, arbres sols, cims muntanyencs...) a l'hora de dirigir el raig cap a l'un o l'altre punt. Però d'això parlarem en els següents apartats.

Estructura de parallamps

Franklin va ser el primer que va suggerir la idea de preparar parallamps, amb la finalitat de provar el procés d'electrificació dels núvols de tro i després canalitzar el corrent bertática sense perill. La manera de protegir la casa mitjançant el parallamps es mostra esquemàticament en la figura 11. En ell es pot observar que el parallamps està connectat al sòl mitjançant un cable o làmina metàl·lica (normalment de coure). La idea és molt senzilla, és a dir, posar la via adequada perquè el raig pugui arribar, de manera que el corrent pugui arrencar sense molèsties en els altres.

En definitiva, el parallamps serveix per a canalitzar els llamps que caurien al seu voltant i serveix per a portar el corrent directament i sense perill al sòl. Sembla que embolicaria les que caurien en el radi de la seva altura i, segons els autors, amb el vèrtex en la punta protegiria el con inferior de 45è.

D'altra banda, en l'actualitat, la instal·lació elèctrica de les llars és un problema que es té molt en compte i que la majoria dels aparells es realitzen amb connexió a terra, per a això es col·loca el tercer fil connectat al sòl.

Mesures de seguretat davant atacs de trons

D'acord amb l'assenyalat en els apartats anteriors, cal anar amb compte en cas d'atacs de trons, si pot ser per a allunyar la influència dels llamps sobre les persones. Les següents són recomanacions recollides en el Diccionari de Meteorologia publicat per UZEI, classificades en dos grups. La idoneïtat d'aquestes mesures pot ser discutida en funció de l'anteriorment exposat.

A) Si es troba en Etxebarne

1. Romandre a l'interior de l'habitatge sense sortir. No acostar-se a portes i finestres obertes. Evitar el contacte amb aparells elèctrics innecessaris i amb objectes metàl·lics com a forn, canonada o embornals.
2. No utilitzar aparells elèctrics durant l'atac de trons.
3. En cas d'agressió de trons no s'utilitzarà el telèfon, excepte per a sol·licitar assistència. El raig pot entrar pel fil telefònic.
4. Tampoc cal sortir a recollir la roba que s'està assecant.

B) Si es troba a l'aire lliure

1. Deixar de treballar i allunyar-se dels útils metàl·lics. Tractors i uns altres útils de cultiu estan en contacte amb el sòl i són freqüents els raigs.
2. Ficar en el cotxe, si és possible, o si està dins, no sortir. Els cotxes ofereixen bona protecció contra els raigs.
3. Cerca la protecció en la llar. Si no hi hagués cases als voltants, es fica en una cova o trinxera o es guardi sota una massa arbòria.
4. El que estigui amb la motxilla, que la deixi en el sòl i agenollada sobre ella. La motxilla actua com a aïllant.
5. Si el pèl s'aixeca, la pell es formigueja o a la nit es veu en els objectes metàl·lics una llum blava (el Santelmo clar), el llamp està a punt de caure. Tombar-se com més aviat millor en el sòl.

Nota: Les persones que han sofert un raig poden ressuscitar moltes vegades realitzant respiració boca a boca, massatge cardíac i respiració artificial prolongada.

Quant a la nota final, es pot citar com a exemple el cas de Toy Trice que apareix en la imatge de l'esquerra. Malgrat els llamps caiguts en el futbol americà, a pesar que la closca es forada i s'incendien les peces, i a pesar que ell es queda mort sense respiració, es pot dir que amb la respiració artificial i altres ajudes es “va ressuscitar”. I és que, per als quals saben d'aquest problema, amb una ràpida i adequada labor de socors a temps, la majoria dels afectats poden sobreviure. Repetint les paraules iròniques del professor Martín Uman: «En realitat, el raig no és capaç de matar a les persones». No obstant això, lamentablement, aquest mateix estiu va morir un nen de tretze anys víctima del raig d'Etxarri Aranatz. Els primers auxilis van arribar massa tard.

D'altra banda, es creu que molts arbres afectats pel raig sobreviuen sense sofrir grans danys. Així va ocórrer en el cas de l'arbre de la imatge. Aquest llamp va caure en 1984 i l'arbre continua viu. La majoria de les vegades el corrent passa per la superfície dels seus troncs sense deteriorar l'estructura interna. No obstant això, hi ha arbres que han quedat calcinats.