Toda una familia de fenómenos luminosos emparentados con los rayos de tormenta se producen en la mesosfera, una región situada cuarenta kilómetros por encima de las nubes. Ahora, científicos del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) han hallado el motivo de que, en ocasiones, estos destellos se produzcan con cierto retardo con respecto al rayo que los desencaden.
Hace dos décadas se descubrió un asombroso fenómeno: se observaron intensos destellos en la mesosfera, una región de la atmósfera situada a partir de los cincuenta kilómetros por encima del suelo y que se creía carente de actividad. Relacionados con los rayos de tormenta pero situados decenas de kilómetros sobre las nubes, resultaba inexplicable que algunos de estos destellos, los conocidos como sprites retardados, se produjeran con retraso con respecto al rayo que los desencadenaba. Un trabajo, desarrollado por los investigadores del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) Alejandro Luque y Francisco J. Gordillo y publicado en Nature Geoscience, aporta la clave que faltaba en los modelos de iniciación de los sprites.
Los sprites son eventos luminosos que duran centésimas de segundo y que muestran una parte superior difusa y una región inferior poblada de "tentáculos" (filamentos de aire ionizado de entre diez y cien metros de grosor). Pueden extenderse desde los cuarenta hasta los casi cien kilómetros sobre el suelo y se producen simultáneamente al rayo que los desencadena o con cierto retraso. "Los sprites retardados eran la prueba de que nuestro conocimiento era incompleto: no podíamos explicar que, en lugar de producirse entre dos y tres milisegundos después del rayo, se demoraran hasta 150 milisegundos", apunta Francisco J. Gordillo (IAA-CSIC).
Para que se produzca una descarga en la mesosfera es necesaria la existencia de electrones libres, partículas que surgen y se eliminan a través de dos reacciones conocidas como ionización por impacto y fijación asociativa. "Los modelos empleados hasta ahora aseguraban que era necesario cierto campo eléctrico para que se produjeran más electrones de los que se destruían", señala Alejandro Luque (IAA-CSIC).
"Esto funciona a presión atmosférica, es decir, en las capas bajas de la atmósfera, pero no era suficiente para estudiar las descargas en la mesosfera, mucho más alta y con una presión considerablemente menor", observa Luque. Los científicos del IAA hallaron que, para alturas de más de quince kilómetros, entraba en juego una tercera reacción, la de desprendimiento asociativo, que ponía electrones en circulación y completaba las teorías existentes. "Esta reacción nos permite explicar el retraso de algunos sprites, porque su tiempo característico concuerda con los retrasos observados", concluye Francisco J. Gordillo.
De la nube a la mesosfera
Un sprite se produce del siguiente modo: una nube de tormenta presenta carga eléctrica negativa en la parte inferior y positiva en la superior. Generalmente, los rayos emergen de la región inferior y muestran polaridad negativa, pero en ocasiones surgen rayos con polaridad positiva, mucho más potentes y peligrosos. Estos últimos producen un campo eléctrico que asciende hacia las capas altas atmosféricas y que desencadena el sprite.
Los sprites constituyen un tipo dentro una amplia familia de fenómenos eléctricos que tienen lugar en la mesosfera, que se conocen como Eventos Luminosos Transitorios (TLEs, de sus siglas en inglés) y entre los que se encuentran también los elves, los halos, los blue jets o los gigantic blue jets. El descubrimiento de estos eventos cambió radicalmente la imagen de la mesosfera, que se consideraba carente de fenómenos físicos relevantes.
La influencia de los TLEs en las propiedades químicas y eléctricas de la alta atmósfera es actualmente objeto de investigaciones realizadas por grupos de todo el mundo. Uno de ellos es el Group of Transient Plasmas in Planetary Atmospheres, liderado por Francisco J. Gordillo en el IAA.
"La mesosfera, demasiado tenue para sostener un globo sonda y demasiado espesa para orbitar un satélite, ha recibido muy escasa atención científica -de hecho, algunos científicos la conocen como ignorosfera-", comenta Alejandro Luque (IAA-CSIC). Cada uno de estos fenómenos luminosos revela información que ayuda a entender la actividad eléctrica y química de la región y permite completar nuestro conocimiento del circuito eléctrico global del planeta.
Referencia bibliográfica:
A. Luque, F.J. Gordillo-Vázquez. "Mesospheric electric breakdown and delayed sprite ignition caused by electron detachment". Nature Geoscience.Doi:10.1038/ngeo1314.
