Abril 27, 2007: Los relámpagos son mucho más que luz y ruido: son una poderosa fábrica química que afecta tanto la calidad del aire en el ámbito local como el clima en todo el planeta. Pero ¿cuán poderoso es el efecto? Los investigadores todavía no están seguros. Para poder contestar esta pregunta, están desarrollando una nueva técnica que les permita estimar lo que produce esta "fábrica".
Si tienen éxito, el método será aplicado al Rastreador de Relámpagos Geoestacionario (GLM, por su sigla en inglés), el cual será utilizado para monitorear el hemisferio occidental desde un satélite de nueva generación diseñado para realizar estudios meteorológicos, cuyo lanzamiento está programado para 2014.
Derecha: Relámpagos sobre los Alpes Suizos. Crédito y derechos de reproducción: Olivier Staiger.
"Los químicos dedicados a las ciencias atmosféricas están muy interesados en localizar los gases que producen los relámpagos, en particular los óxidos de nitrógeno (NOx)", explica William Koshak, un investigador de relámpagos del Centro Marshall para Vuelos Espaciales, de la NASA. Los NOx incluyen el óxido nítrico (NO), un contaminante ambiental tóxico producido por los motores de los automóviles y por las centrales de energía, y el dióxido de nitrógeno (NO2), un gas venenoso color marrón-rojizo que produce un olor muy fuerte.
"Sabemos que los relámpagos son la fuente más importante de NOx en la troposfera alta, que es donde ocurren los fenómenos climatológicos", continúa Koshak. "Los NOx tienen una influencia indirecta sobre nuestro clima porque controlan, de manera parcial, la concentración de ozono (O3) y de radicales hidroxilo (OH) en la atmósfera. El ozono es un gas de invernadero importante y los OH son moléculas muy reactivas que controlan la oxidación de varios gases de invernadero".
Mientras que es posible cuantificar los contaminantes producidos por los automóviles y por la industria, los relámpagos son "comodines" dentro de los modelos relacionados con la calidad del aire en el ámbito regional y en el clima global porque es difícil recrear fielmente ciertas características importantes de los relámpagos —por ejemplo, su energía y el producto termoquímico de los NOx generados por un rayo. De modo que todavía se desconoce la tasa de producción global de NOx generados por los relámpagos, su valor oscila entre 2 y 20 teragramos por año (1 teragramo= 1 billón de gramos).
Abajo: La distribución de la caída de relámpagos. Cada relámpago produce u
na pequeña ráfaga de NOx que es insignificante pero que, sumada a las demás, puede llegar a reunir aproximadamente 20 billones de gramos por año, cuando se toma en consideración la cantidad acumulada en todo el mundo."Afortunadamente, las mediciones relacionadas con la química de la atmósfera, realizadas en el espacio utilizando el satélite Aura, de la NASA, permiten delimitar desde lo general la química del planeta y los modelos del clima", dice Koshak. "Con estos nuevos límites, el mejor cálculo que se ha podido efectuar hasta la fecha es un valor cercano a los 6 teragramos por año. Sin embargo, antes de poder confiar en estas estimaciones, tenemos que seguir trabajando para mejorar los modelos que simulan los relámpagos y otros procesos químicos".
Con el propósito de entender mejor la energía del relámpago —la cual constituye un parámetro fundamental en la producción de NOx— Koshak y sus colegas están utilizando datos proporcionados por el Sensor de Imágenes de Relámpagos (LIS, según su sigla en idioma inglés), abordo del satélite de la Misión para la Medición de Lluvias Tropicales (TRMM, en idioma inglés), y dos conjuntos de intrumentos en la Tierra, ubicados en el Centro Espacial Kennedy, de la NASA, en Florida. LIS es una cámara especial que utiliza un filtro espectral muy angosto, además de otras técnicas, para detectar las emisiones ópticas de los relámpagos, tanto durante el día como durante la noche. El filtro está centralizado en aproximadamente 777,4 nm, justo por debajo del límite del rojo profundo que puede detectar el ojo humano.
Los resultados de este estudio serán dados a conocer bajo el título Recuperación de la Carga de un Relámpago: reducción dimensional, límites LDAR y primera comparación con datos proporcionados por el satélite LIS (Lightning charge retrieval: dimensional reduction, LDAR constraints, and a first comparison with LIS satellite data). Este trabajo ha sido aceptado recientemente para su publicación en la Revista de Tecnología Atmosférica y Oceá
Derecha: Koshak y sus colegas utilizan los datos recolectados por el Sensor de Imágenes de Relámpagos (LIS), abordo del satélite de la Misión para la Medición de Lluvias Tropicales (TRMM), con el propósito de estudiar la producción de NOx de los relámpagos. [
TRMM] [LIS]
"La idea es investigar qué correlación puede existir entre las características ópticas de los relámpagos observados por LIS y las mediciones efectuadas en la Tierra, en el Centro Espacial Kennedy. Los sensores ubicados en nuestro planeta nos permiten explorar el interior de las nubes de tormenta para determinar la geometría de los canales de los relámpagos, las cargas que depositan los relámpagos y su energía. La clave es ver si las mediciones ópticas logradas desde el espacio pueden estar relacionadas con las cifras de la energía de los relámpagos calculadas con los equipos en la Tierra. Si esto fuera posible, se podrían usar sensores ubicados en el espacio para recuperar, de manera remota, la energía de un relámpago en una región más extensa del planeta", dice Koshak.
"Es una tarea extraordinaria y estos son sólo los datos preliminares", dice Koshak, refiriéndose al trabajo que será publicado próximamente. Una nube es un medio muy variable y, por lo tanto, dispersa la luz emitida por un relámpago de manera compleja. Los relámpagos repletos de energía, sumergidos en las profundidades de una nube de tormenta "ópticamente densa", podrían parecer relativamente tenues para un sensor ubicado en el espacio. Por otro lado, los relámpagos de escasa energía que tengan lugar cerca de la cima de una nube podrián parecer relativamente brillantes. Todas estas complejidades deben ser esclarecidas; éste es asunto intrincado.
En última instancia, lo que pretende Koshak es proveer una técnica que permita la utilización de datos del GLM para estimar el contenido de energía de los relámpagos. "En la práctica, lo haremos de manera estadística. Nos gustaría brindar a los científicos que recrean modelos de la química de la atmósfera una función realista de la distribución de la probabilidad relacionada con la energía de un relámpago para que puedan incorporarla a sus modelos y, de esta forma, lograr una mejor simulación de un relámpago (ya sea en la Tierra o en una nube)".
A partir de esto, los científicos comenzarán a comprender mejor los detalles relacionados con la producción global de uno de los contaminantes atmosféricos clave para el clima y la calidad del aire en el planeta.
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