La importancia de los pararrayos: fotografían rayo cayendo a 370 km por segundo sobre un edificio

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

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.

“La imagen fue capturada 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 decenas de metros del nivel del suelo, pararrayos y los objetos altos en la parte superior de los edificios cercanos produjeron descargas positivas hacia arriba, compitiendo para conectarse con el golpe hacia abajo. La imagen final antes de la conexión se obtuvo 25 milésimas de segundo antes de que el rayo golpeara uno de los edificios”, señala Saba.

Usó una cámara que toma 40,000 cuadros por segundo. Cuando el vídeo se reproduce a cámara lenta, se 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 inmediaciones, el rayo no conectó con ellos, sino a una chimenea en lo alto 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”, añade.

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.

“La caída de un rayo puede durar 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”, explica Saba.

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”, establece el autor.

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”, adiciona Saba.

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

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 los consejos de Saba. “Las tormentas son más frecuentes por la tarde que por la mañana, así que tenga cuidado con las actividades al aire libre en las tardes de verano. Busque refugio si escucha truenos, pero nunca debajo de un árbol o poste, y nunca debajo de un techo desvencijado”, señala.

Saba explica que “si no puede encontrar un lugar seguro para refugiarse, quédese en el auto y espere a que pase la tormenta. Si no hay un auto u otro refugio disponible, póngase en cuclillas con los pies juntos. No se pare ni se acueste. En interiores, evite 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”, dice.

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