Que facer en caso de tormenta?

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

• Klima

No número anterior (é dicir, "Elhuyar. Ciencia e Técnica" 76, outubro 1993), "Electricidade atmosférica. No artigo titulado "O raio e outros" vimos os fenómenos electrostáticos na atmosfera, e nesta ocasión falamos sobre todo dos raios e as proteccións.

Estrutura das nubes de tronos. Orixe e evolución

Paira comprender o comportamento dos ataques de tronos e a distribución de cargas eléctricas, partimos da explicación da súa estrutura xeral, na que a estrutura mecánico-termodinámica é fundamental.

As nubes dos ataques de tronos están dispostas por habitacións, cada una delas pode ser considerada case de forma independente, e o que ocorre en cada una delas é similar. Imaxinemos, por tanto, una habitación así e analicemos a súa evolución temporal. A este respecto, na figura 6 móstranse esquemáticamente tres etapas desta evolución, representando a fase inicial de crecemento, a sala madura e a fase final. Empecemos por unha breve descrición destas tres fases.

Na primeira fase a nube se seareira e crece, con correntes ascendentes no aire, que á súa vez absorben o aire circundante. Ademais, a medida que ascende, o aire sobe a maior velocidade. Ao chegar á fase de madurez, a nube é moito maior e máis alta que ao principio, e dentro dela as correntes organízanse en direccións diferentes. Nun lateral xérase una corrente forte á baixa que favorece a caída de pingas de auga grosas ou saraiba, provocando una choiva intensa en forma de tormenta. Nesta época prodúcense principalmente os raios. Da mesma maneira, pouco antes prodúcense ondas de aire fresco ao redor da superficie.

Co tempo, a medida que se acabe a vida da nube, a agresión vai perdendo forza, e na terceira fase as correntes de aire dentro da estancia quéntanse, con tendencia á baixa, e a choiva vaise atenuando. Por arriba a nube dispérsase en forma de yunque. Chega o final do ataque de tronos.

Nesta evolución atópanse aspectos de interese físico, en concreto a explicación mecánico-termodinámica da xeración de correntes e a distribución da carga eléctrica. Da primeira non imos falar moito aquí, xa que diso pódese atopar información suficiente nos traballos de referencia. En segundo lugar, dise que a estrutura das cargas eléctricas no caso da sala adulta de ataques de tronos é similar á representada na figura 7.

Obsérvase que a parte superior está cargada positivamente, mentres que a inferior é maioritariamente negativa. Con todo, na parte inferior hai una pequena rexión na que hai una carga positiva e ademais está situada na comarca de choivas intensas. Non se entende moi claro cal é o funcionamento desta rexión.

Mecanismo de distribución de cargas

Pódese preguntar como se pode producir a estrutura eléctrica das nubes aparecidas no apartado anterior. Por unha banda, podemos dicir que esta estrutura está suficientemente probada mediante medicións, pero doutra banda, paira explicar o mecanismo que xera esta distribución, non só a teoría, senón tamén a inadecuación.

A carga na parte inferior dos ataques de tronos é moi elevada, o que pode dar lugar a unha diferenza de potencial entre a nube e a cortiza terrestre de 20, 30 ou 100 millóns de voltios, moi superior aos 0.4 millóns de voltios desde a capa de 50 km até a superficie terrestre. Esta enorme diferenza de potencial é a que provocará os raios, transportándose á superficie terrestre 20~30 coulomb en cada descarga deste tipo. Pódese preguntar canto tempo tarda o sistema da sala de nubes en recuperarse.

As medicións indican que a media é de 5 segundos ou menos. É dicir, pasado este tempo o sistema está listo paira una nova descarga, aínda que o proceso é suficientemente aleatorio, xa que a xeometría e as condicións da nube van cambiando constantemente. Con todo, isto é o que fai una corrente de 4 amperios no mecanismo da nube de tronos, paira o que as cargas internas positivas e negativas deberán distribuírse a este ritmo, o que requirirá una teoría adecuada.

Segundo os datos da experiencia, é evidente que no caso das agresións de trono existe una forte relación entre as choivas torrenciais e a actividade eléctrica, e que os fenómenos eléctricos aparecen coincidindo co inicio da forte precipitación. Existen tamén una serie de requisitos que calquera teoría da distribución de cargas debe cumprir:

• A carga arriba positiva e abaixo negativa.
• A distribución de cargas debe ser capaz de explicar o valor de certas amperios.
• O proceso tamén debe producirse por baixo do punto de conxelación da auga e debe ser compatible coa precipitación en estado sólido.

Paira explicar estas e outras, inventáronse diferentes teorías, pero ningunha dá una explicación completa e adecuada. Con todo, imos facer una declaración deste tipo de teoría, coa intención de explicar como poden pasar as cousas, pero consciente de que non é total. Esta teoría é a teoría de Wilson

Na teoría de Wilson analízase o comportamento da pinga de auga que cae dentro dun campo eléctrico (sexa cal for a conxelación). Pola causa do campo, a pinga terá un momento dipolar inducido, sendo a parte inferior positiva e a superior negativa, como se mostra na figura 8. A continuación considérase que existen no aire os iones grandes anteriormente mencionados. Durante a caída da pinga, ao achegarse aos iones, os iones positivos repeleranse pola parte inferior e dificilmente poderán achegarse á parte superior da pinga, xa que as pingas caen rapidamente e os iones grandes funcionan lentamente. Por outra banda, ao aproximarse, a pinga atraerá iones negativos e estes poden quedar atrapados, cargando negativamente a pinga. Desta maneira desprazaríase a carga negativa cara á parte inferior das nubes, explicando dalgunha maneira a estrutura da nube.

Con todo, hai problemas que non se aclararon con esta teoría. En primeiro lugar, a distribución de cargas nas minchas de tronos é moi elevada e a subministración de iones atmosféricos simples é insuficiente. Por esta razón Wilson e outros propuxeron una fonte adicional de iones que pode resumirse da seguinte maneira. Una vez iniciada a distribución de cargas, obsérvanse zonas eléctricas moi violentas que permiten que o aire quede facilmente ionizado. Se hai puntos moi cargados (por exemplo pinga pequena) pode producirse una “descarga de cepillos”.

Debido ao forte campo eléctrico, os electróns aceléranse, chocando cos átomos, extraendo máis electróns e deixando cargas positivas detrás. Isto pode dar lugar a unha especie de reacción de cadeas localmente, producindo grandes captacións de iones. É posible que no interior das nubes ocorra algo así, de maneira que quede exposto o problema da subministración de iones. Pero a verdade é que non está moi claro si as cousas realmente pasan así.

En calquera caso, a explicación anterior permítenos comprender, polo menos en parte, a xeración de electricidade na atmosfera. Así suceden as cousas máis ou menos dentro de una nube de tronos. Pola causa das correntes de aire, os iones e as pingas de auga ou as partículas de xeo quedan repartidas as cargas positivas e negativas.

As cargas positivas condúcense á parte superior da nube e as negativas á inferior, pasando estas últimas a través dos raios cara á superficie terrestre, pasando as cargas positivas ás capas superiores no desmantelamento da nube. Doutra banda, esta separación entre as capas atmosféricas xeradas nos ataques de tronos vai descargándose lentamente en rexións con bo tempo, grazas á conductividad dos iones emitidos ao aire por raios cósmicos e outros medios. Este proceso xeral, en equilibrio dinámico, está a producirse de forma continua a través do planeta Terra.

Explicación do proceso de raios

Paira explicar o proceso dos raios, citaremos o caso do raio máis común, que se produce entre a parte baixa negativa da nube e a rexión positiva da superficie terrestre, paira comprender cualitativamente os procesos que se producen nos distintos tipos de raios.

Como xa se indicou, neste caso a acumulación de carga negativa na parte inferior das nubes de trono, pasa á superficie terrestre por medio de raios. Como? Nas seguintes liñas trataremos de describir o caso máis común.

A parte inferior da nube é moito máis negativa que a superficie terrestre que a ten enfronte, polo que os electróns aceléranse cara ao chan. No entanto, o raio canalízase por unha vía moi definida, segundo o proceso posterior. En primeiro lugar xorde algo que se chama “paso líder”. Cada un deles é de forma recta, ten una lonxitude aproximada de 50 m e está cargado negativamente da nube. Cada paso realízase de forma moi rápida (por exemplo, a sexta parte da velocidade da luz) e logo detense, cuns 50 microsegundos, paira dar un paso máis, cambiando de dirección, facendo a todos un camiño similar ao da figura 9.

Una vez que o paso líder chegou ao chan, existe un camiño como un “fío condutor” paira facer pasar a carga da nube ao chan. Deste xeito, prodúcese o raio visible, é dicir, o raio desprázase cara arriba, tal e como se mostra na figura 10, xa que a descarga iníciase ao contacto co chan. Por iso denomínase iluminación de devolución. Máis ou menos, a corrente de descarga do raio pode alcanzar un pico de 10.000 A, por suposto en moi pouco tempo, transportando até 20 coulomb.

A enerxía utilizada no proceso transfórmase principalmente nun ruído, una radio e unha calor, chamado trono, que se escoita pouco despois da luz sonora. A pesar de que o pico de temperatura alcanzable na canle creada polo paso líder é moi alto (uns 30.000 ºC), a duración do cume é duns poucos milones de segundo, o que fai que a roupa das persoas afectadas polo raio apenas se queime. Con todo, nalgúns casos é capaz de crear faíscas paira empezar a queimar bosques. Doutra banda, leste supercalentamiento do aire xera as ondas de choque que xeran os tronos.

No entanto, non é necesario finalizar o proceso anterior coa única descarga existente. Ao desaparecer o ateigado de devolución, outro líder vai cara abaixo, esta vez sen escalas, e volve a descarga. O proceso pode repetirse varias veces até o próximo raio.

Na descrición anterior non se tiveron en conta elementos singulares, por exemplo a consideración da superficie plana. Non dixemos nada sobre as formas xeométricas que se poden crear localmente e sobre a influencia local que poden ter os obxectos punzantes (construcións altas, árbores soas, cumes montañosos...) á hora de dirixir o raio cara a un ou outro punto. Pero diso falaremos nos seguintes apartados.

Estrutura de pararraios

Franklin foi o primeiro que suxeriu a idea de preparar pararraios, co fin de probar o proceso de electrificación das nubes de trono e despois canalizar a corrente bertática sen perigo. A forma de protexer a casa mediante o pararraios móstrase esquemáticamente na figura 11. Nel pódese observar que o pararraios está conectado ao chan mediante un cable ou lámina metálica (normalmente de cobre). A idea é moi sinxela, é dicir, pór a vía adecuada para que o raio poida chegar, de forma que a corrente poida arrincar sen molestias nos demais.

En definitiva, o pararraios serve paira canalizar os raios que caerían ao seu ao redor e serve paira levar a corrente directamente e sen perigo ao chan. Parece que envolvería as que caerían no radio da súa altura e, segundo os autores, co vértice na punta protexería o cono inferior de 45º.

Doutra banda, na actualidade, a instalación eléctrica dos fogares é un problema que se ten moi en conta e que a maioría dos aparellos realízanse con conexión a terra, para o que se coloca o terceiro fío conectado ao chan.

Medidas de seguridade ante ataques de tronos

De acordo co sinalado nos apartados anteriores, hai que ter coidado en caso de ataques de tronos, se é posible paira afastar a influencia dos raios sobre as persoas. As seguintes son recomendacións recollidas no Dicionario de Meteorología publicado por UZEI, clasificadas en dous grupos. A idoneidade destas medidas pode ser discutida en función do anteriormente exposto.

A) Se se atopa en Etxebarne

1. Permanecer no interior da vivenda sen saír. Non achegarse a portas e xanelas abertas. Evitar o contacto con aparellos eléctricos innecesarios e con obxectos metálicos como forno, tubaxe ou sumidoiros.
2. Non utilizar aparellos eléctricos durante o ataque de tronos.
3. En caso de agresión de tronos non se utilizará o teléfono, salvo paira solicitar asistencia. O raio pode entrar polo fío telefónico.
4. Tampouco hai que saír a recoller a roupa que se está secando.

B) Se se atopa ao aire libre

1. Deixar de traballar e afastarse dos útiles metálicos. Tractores e outros útiles de cultivo están en contacto co chan e son frecuentes os raios.
2. Meter no coche, si é posible, ou si está dentro, non saír. Os coches ofrecen boa protección contra os raios.
3. Busca a protección no fogar. Se non houbese casas nos arredores, métese nunha cova ou trincheira ou se garde baixo unha masa arbórea.
4. O que estea coa mochila, que a deixe no chan e arrodillada sobre ela. A mochila actúa como illante.
5. Se o pelo levántase, a pel se hormiguea ou pola noite vese nos obxectos metálicos una luz azul (o Santelmo claro), o raio está a piques de caer. Tombarse canto antes no chan.

Nota: As persoas que sufriron un raio poden resucitar moitas veces realizando respiración boca a boca, masaxe cardíaca e respiración artificial prolongada.

En canto á nota final, pódese citar como exemplo o caso de Toy Trice que aparece na imaxe da esquerda. A pesar dos raios caídos no fútbol americano, a pesar de que o caparazón fúrase e incéndianse as pezas, e a pesar de que el queda morto sen respiración, pódese dicir que coa respiración artificial e outras axudas resucitouse”. E é que, paira os que saben deste problema, cunha rápida e adecuada labor de socorro a tempo, a maioría dos afectados poden sobrevivir. Repetindo as palabras irónicas do profesor Martín Uman: «En realidade, o raio non é capaz de matar as persoas». Con todo, lamentablemente, leste mesmo verán morreu un neno de trece anos vítima do raio de Etxarri Aranatz. Os primeiros auxilios chegaron demasiado tarde.

Doutra banda, crese que moitas árbores afectadas polo raio sobreviven sen sufrir grandes danos. Así ocorreu no caso da árbore da imaxe. Este raio caeu en 1984 e a árbore segue vivo. A maioría das veces a corrente pasa pola superficie dos seus troncos sen deteriorar a estrutura interna. No entanto, hai árbores que quedaron calcinados.