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.
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 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.
"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
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.
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.
"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.
Fuente: Ciencia NASA