Tormentas

Javier García Sanz 
Ignacio Zúñiga

TORMENTAS Y RAYOS
Electricidad en la atmósfera
En un día tranquilo y en terreno llano, en la superficie de la Tierra hay un campo 
eléctrico dirigido verticalmente hacia abajo de una intensidad de unos 100 voltios/metro. 
Éste es aproximadamente el campo que crearía una superficie con una densidad de carga uniforme de unos 10­9 culombios/m2  (unos 10.000 millones de electrones libres por metro 
cuadrado). En la Figura 1a se muestran las líneas equipotenciales, tomando el origen del 
potencial electrostático en el suelo.
Podría   parecer   que   si   entre   el   suelo   y   la   altura   media   de   una   persona   hay   una 
diferencia   de   potencial   de   200   Voltios,   estaríamos   expuestos   a   continuas   descargas eléctricas. Sin embargo, no es así. En el aire próximo al suelo hay muy pocas cargas libres 
y la conductividad eléctrica es muy baja. Cuando un cuerpo que es mejor conductor que el 
aire, por ejemplo un cuerpo humano, se coloca sobre el suelo, fluyen cargas desde el suelo 
hasta que todo el cuerpo se coloca al mismo potencial eléctrico. Así, la presencia del cuerpo deforma las líneas equipotenciales. (Figura 1b). Todo el cuerpo está al mismo potencial: el 
campo eléctrico es nulo dentro del cuerpo aunque aumenta por encima de él. (El campo 
eléctrico es tanto mayor cuanto más próximas están las líneas equipotenciales).

Figura 1. Campo eléctrico en la superficie terrestre (siluetas.eps)

El campo eléctrico en la atmósfera disminuye con la altura: a 1500 m es de sólo 20 voltios/metro y a 50 Km es prácticamente inexistente. A esta altura empieza la ionosfera. 
La ionosfera está fuertemente ionizada debido al viento solar y los rayos cósmicos (son 
estas capas ionizadas las que reflejan las ondas de radio y hacen posible las comunicaciones 
a distancia). Aquí la conductividad horizontal es muy grande, lo que hace que la ionosfera sea prácticamente una superficie esférica equipotencial. Entre esta altura y la superficie de 
la Tierra hay una diferencia de potencial que puede variar de 300.000 a 500.000 Voltios.
Sin   embargo,   si   en   la   atmósfera   no   hubiera   otra   actividad,   esta   diferencia   de 
potencial  sería  imposible  de mantener. A pesar de que la conductividad  eléctrica  de la 
atmósfera   es   muy   pequeña,   un  cálculo   relativamente   simple   permite   obtener   que   esa 
diferencia de potencial daría lugar a una corriente eléctrica total entre la ionosfera y la 
superficie de más de 1500 A, que transportaría las cargas positivas al suelo y haría que la 
diferencia   de   potencial   se   anulase   en   pocos   minutos.   Sin   embargo,   la   diferencia   de potencial se mantiene, con ligeras variaciones, en el curso del tiempo. 

Figura 2. Distribución de carga eléctrica en la Tierra (Condesador.eps)

De la misma forma que para mantener la diferencia de potencial entre los polos de 
una pila es necesario un mecanismo que reponga las cargas que se pierden en la corriente 
eléctrica que proporciona la pila, también en la atmósfera debe haber algún mecanismo que reponga continuamente cargas positivas en la parte superior y cargas negativas en el suelo. 
Un indicio de cuál puede ser este mecanismo lo tenemos en las variaciones diurnas de la 
intensidad del campo eléctrico atmosférico. Resulta que el campo eléctrico de la atmósfera 
tiene variaciones diarias de hasta un 15%, siendo máximo hacia las 19:00 GMT y mínimo hacia las 04:00 GMT, independientemente del lugar: esta independencia se explica por la 
alta conductividad lateral a grandes alturas. Resulta que las 19:00 GMT es también la hora 
de   mayor   actividad   tormentosa   a   lo   largo   de   la   Tierra.   Son   así   las   tormentas   las   que 
producen la separación de cargas en la atmósfera y traen las cargas negativas a la superficie 
de la tierra....