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Relámpagos sobre los Alpes Suizos.
Crédito y derechos de reproducción: Olivier Staiger
La distribución de la caída de
relámpagos. Cada relámpago produce una 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
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] |
Científicos de la NASA utilizan modernos satélites para investigar la
producción de gases tóxicos durante las tormentas eléctricas.
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.
"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).
"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 instrumentos 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 Oceánica de la Sociedad Estadounidense de Meteorología (Journal
of Atmospheric & Oceanic Technology of the American Meteorological
Society). Sus co-autores son E. Philip Krider, Natalie Murray y Dennis
Boccippio.
"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 podrían 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.
Fuente: NASA. Dave Dooling
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