THE CONVERSATION
¿Per què els llamps zigzaguegen? Per fi hem resolt el misteri
Tothom ha vist un llamp i s’ha meravellat del seu poder. Però, malgrat la seva freqüència –cada dia se’n produeixen uns 8,6 milions arreu del món–, continua sent un misteri per què avancen en una sèrie de salts i pauses des del núvol de tempesta fins a la terra.
Hi ha alguns llibres sobre aquest fenomen, però cap ha explicat com es formen aquestes ziga-zagues (anomenades esglaons) i com els llamps poden viatjar al llarg de quilòmetres. La meva nova investigació ofereix una explicació.
Del cel al terra, a salts
Els intensos camps elèctrics dels núvols de tempesta exciten els electrons fins que tenen prou energia per crear el que es coneix com a molècules d’oxigen singlete-delta. Aquestes molècules i aquests electrons s’acumulen per crear un esglaó curt i altament conductor, que s’il·lumina intensament durant una milionèsima de segon.
Al final de l’esglaó, hi ha una pausa mentre l’acumulació es produeix de nou, seguida d’un altre salt brillant i parpellejant. El procés es repeteix una vegada i una altra.
L’augment dels fenòmens meteorològics extrems fa que la protecció contra els llamps sigui cada vegada més important. Saber com es formen permet desenvolupar solucions per protegir millor els edificis, els avions i les persones.
A més, tot i que l’ús de materials compostos respectuosos amb el medi ambient a les aeronaus està millorant l’eficiència del combustible, aquests materials augmenten el risc de danys per llamps, per la qual cosa hem de buscar una protecció addicional.
¿Com cauen els llamps?
Els llamps es produeixen quan els núvols de tempesta amb un potencial elèctric de milions de volts es connecten a la terra. Un corrent de milers d’amperes flueix entre el terra i el cel, amb una temperatura de desenes de milers de graus.
Les fotografies dels llamps revelen una sèrie de detalls que no es perceben a simple vista. En general, hi ha quatre o cinc febles traçadors que surten del núvol. Aquests es ramifiquen i zigzaguegen en una trajectòria irregular cap a la terra.
El primer d’aquests traçadors que toca terra inicia l’impacte del llamp. Llavors, els altres s’extingeixen.
Fa cinquanta anys, la fotografia d’alta velocitat va revelar una complexitat encara més gran. Els traçadors avancen cap a baix des del núvol en esglaons d’uns 50 metres de longitud. Cada esglaó es torna brillant durant una milionèsima de segon, però després hi ha una foscor gairebé total. Al cap d’unes altres 50 milionèsimes de segon es forma un altre esglaó al final de l’anterior, però els esglaons previs es mantenen foscos.
¿Per què es produeixen aquests salts? ¿Què passa en els períodes de foscor entre si? ¿Com és possible que els esglaons estiguin connectats elèctricament al núvol sense que hi hagi una connexió visible?
Les respostes a aquestes preguntes es troben en la comprensió del que passa quan un electró energètic xoca amb una molècula d’oxigen. Si l’electró té prou energia, excita la molècula a l’estat singlete-delta. Es tracta d’un estat metaestable, cosa que significa que no és perfectament estable, però no sol caure en un estat d’energia inferior fins a passats uns 45 minuts.
L’oxigen en aquest estat singlete-delta desprèn electrons (necessaris perquè flueixi l’electricitat) dels ions d’oxigen negatius. Aquests ions són substituïts gairebé immediatament per electrons (que porten una càrrega negativa) que s’uneixen de nou a les molècules d’oxigen. Quan més de l’1% de l’oxigen de l’aire es troba en l’estat metaestable, l’aire pot conduir l’electricitat.
Per tant, els esglaons de llum es produeixen quan es creen prou estats metaestables per desprendre un nombre significatiu d’electrons. Durant la part fosca d’un pas, la densitat d’estats metaestables i d’electrons augmenta. Al cap de 50 milionèsimes de segon, l’esglaó pot conduir l’electricitat i el potencial elèctric al seu extrem augmenta fins a aproximadament el del núvol, i produeix un nou esglaó.
Les molècules excitades creades en els salts anteriors formen una columna fins al núvol. Tota la columna és llavors conductora d’electricitat, sense necessitat d’un camp elèctric i amb poca emissió de llum.
Protecció de persones i béns
Entendre com es formen els llamps és important per dissenyar la protecció dels edificis, les aeronaus i també les persones. Mentre que és estrany que els llamps caiguin en individus, sovint impacten en edificis, especialment els alts i aïllats.
Quan un llamp cau sobre un arbre, la saba del seu interior bull i el vapor resultant crea una pressió que obre el tronc. De la mateixa manera, quan un llamp colpeja la cornisa d’un edifici, l’aigua de la pluja que s’ha filtrat al formigó bull. La pressió fa esclatar tota la cornisa de l’edifici i augmenta el risc d’ensorraments mortals.
El parallamps, inventat per Benjamin Franklin el 1752, és bàsicament un gruixut pal metàl·lic subjecte a la part superior d’un edifici i connectat al terra. Està dissenyat per atraure els llamps i connectar al terra la càrrega elèctrica. Al dirigir el flux a través del cable, evita que l’edifici pateixi danys.
Notícies relacionadesAquests parallamps són necessaris per als edificis alts, però encara desconeixem quants se’n necessiten en cada construcció.
Aquest article va ser publicat originalment a The Conversation. Podeu llegir l’original.
