Científicos rastrean la contaminación por rayos en tiempo real usando un satélite de la NASA

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Dirigido por investigadores de Ciencias Atmosféricas y Oceánicas de la Universidad de Maryland (UMD), este novedoso experimento revela cómo las tormentas eléctricas afectan nuestro clima y cómo la atmósfera de la Tierra descompone la contaminación.

Una imagen de una tormenta inminente tomada durante una campaña de campo por el profesor de investigación de la UMD Kenneth Pickering. Crédito de la imagen: Kenneth Pick

Imaginemos esto: estás atrapado en el tráfico en una tarde de verano, revisando la aplicación del clima en tu teléfono mientras se acercan nubes oscuras de tormenta. Podrías pensar en cortes de energía o posibles inundaciones, pero probablemente no piensas en cómo cada rayo que cruza el cielo también emite un gas, óxido de nitrógeno (NO), que es emitido, también, por el escape del motor de tu auto.

Sin embargo, eso es exactamente lo que ocurre durante una tormenta eléctrica. Por primera vez, científicos de la Universidad de Maryland lograron detectar rayos y su impacto en la calidad del aire mediante observaciones satelitales de alta frecuencia, obteniendo información valiosa sobre cómo las tormentas producen contaminación y especies químicas cruciales que ayudan a limpiar la atmósfera terrestre.

En el transcurso de unos pocos días a fines de junio de 2025, el profesor de investigación en ciencias atmosféricas y oceánicas de la UMD Kenneth Pickering y el científico investigador asociado Dale Allen usaron datos capturados por el instrumento de monitoreo de emisiones troposféricas de la NASA (TEMPO) para monitorear cuidadosamente las tormentas eléctricas a medida que evolucionaban mientras se movían por el este de los Estados Unidos. Lanzado en 2023, TEMPO generalmente rastrea los contaminantes del aire en América del Norte cada hora desde su posición a 22,000 millas sobre la Tierra, pero el experimento de Pickering y Allen les permitió tomar mediciones rápidas del dióxido de nitrógeno asociado con cada tormenta a intervalos de 10 minutos. Con las capacidades avanzadas del instrumento, finalmente pudieron estudiar procesos complejos a medida que ocurrían en el aire en lugar de obtener pistas después del hecho.

“Esta es la primera vez que se realiza este tipo de investigación con una frecuencia tan temporal”, dijo Pickering. “Las tormentas eléctricas evolucionan rápidamente. A menudo se forman, se intensifican y desaparecen en una hora. Estas observaciones a intervalos cortos nos brindan una mejor visión de lo que realmente sucede durante una tormenta”.

“Con este experimento, podemos contar la cantidad de relámpagos a medida que ocurren utilizando datos de los instrumentos satelitales Geostationary Lightning Mapper de la NOAA y, a su vez, obtener una idea más precisa de la cantidad de dióxido de nitrógeno que produce cada relámpago durante una tormenta y su duración después”, añadió Allen. “Esta información ayudará a los investigadores a mejorar los modelos climáticos existentes y a comprender mejor cómo los rayos pueden afectar el aire que respiramos”.

La captura de un rayo en un modelo informático
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Cuando cae un rayo, se producen temperaturas extremadamente altas que descomponen las moléculas de nitrógeno y oxígeno en el aire. Esto da lugar a la creación de óxidos de nitrógeno, el mismo tipo de contaminantes atmosféricos emitidos por los automóviles u otras fuentes de combustión, que contribuyen a la contaminación por ozono.

“Los rayos representan globalmente entre el 10 y el 15 por ciento del total de óxidos de nitrógeno liberados a la atmósfera”, dijo Pickering. “La contaminación humana es mucho mayor, pero es importante considerar que los rayos liberan óxidos de nitrógeno a altitudes mucho mayores, donde pueden ser más eficientes para catalizar la producción de ozono”.

Mientras que los gases de escape de los automóviles contaminan el aire cerca del suelo, la contaminación por rayos se produce en lo alto de la atmósfera, donde el ozono resultante es más eficaz para el calentamiento atmosférico. La contaminación por rayos y el ozono resultante a veces pueden transportarse hasta la superficie, lo que afecta la calidad del aire a cientos de kilómetros de la tormenta original. Allen señaló que este efecto se agrava en el verano, a medida que las temperaturas suben y las tasas de producción de ozono son mayores.

“Los efectos de los rayos sobre el clima durante el verano son comparables a los óxidos de nitrógeno creados antropogénicamente, por eso queríamos estudiar las tormentas durante junio”, explicó Allen.

También limpieza
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Pero los rayos no sólo crean contaminación, sino que también desencadenan la formación de radicales hidroxilo, moléculas importantes que ayudan a limpiar la atmósfera terrestre al descomponer gases como el metano, un importante contribuyente al calentamiento global y a los niveles de fondo de ozono. El experimento con rayos proporcionó a los investigadores una visión crítica de esta reacción en cadena causada por los rayos, conectando la producción de óxidos de nitrógeno con radicales hidroxilo, lo que les ayudó a mapear la composición atmosférica y la compleja dinámica molecular en juego durante las tormentas eléctricas.

“A partir de estudios previos de nuestro grupo y otros, creemos que cada relámpago crea alrededor de 250 moles de óxidos de nitrógeno en el cielo en promedio”, dijo Allen. Sin embargo, ese valor es incierto y la producción por relámpagos individuales varía al menos en un orden de magnitud. “Creemos que cuando las tormentas se intensifican, los relámpagos se acortan y producen menos óxido de nitrógeno por relámpago. Este estudio nos dará la oportunidad de demostrarlo. Comprender cómo cambiará la huella de los relámpagos en un mundo de extremos climáticos cada vez más intensos es esencial para formular modelos climáticos para el futuro”.

Descifrando los fenómenos meteorológicos extremos y mejorando la previsión de la calidad del aire
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Dale Allen (izquierda) y Kenneth Pickering (derecha). Crédito de la imagen: Allen & Pickering

Pickering y Allen creen que su experimento TEMPO tiene posibles impactos reales en la vida cotidiana. Los gases producidos por los rayos pueden viajar en largas “cintas transportadoras de aire en movimiento” e influir en la calidad del aire lejos de donde ocurrieron las tormentas originalmente, señaló Allen. Ocasionalmente, los rayos también contribuyen al ozono troposférico, un componente principal del smog que puede desencadenar asma y otros problemas respiratorios en humanos.

“Para quienes viven en zonas montañosas como Colorado, esta información puede ser muy importante, ya que los rayos contribuyen significativamente al ozono superficial a mayor altitud”, afirmó Pickering. “Podría influir en la forma en que los meteorólogos predicen la calidad del aire durante y después de las tormentas en estas regiones”.

Aunque Pickering y Allen aún están analizando las primeras lecturas de TEMPO, creen que su experimento ayudará a los científicos a evaluar qué proporción de los gases contaminantes de la atmósfera terrestre se puede atribuir a las actividades humanas frente a los procesos naturales. Actualmente, los científicos atmosféricos no están seguros de la cantidad de contaminación que genera cada rayo, pero el experimento TEMPO proporciona los datos brutos que sientan las bases para comprender cómo los distintos grados de intensidad de los rayos pueden afectar la calidad del aire local y global. El experimento también proporciona información sobre la capacidad de la atmósfera para descomponer de forma natural contaminantes, como el metano y otros hidrocarburos nocivos.

“Queremos utilizar estos datos de alta frecuencia para reducir las principales incertidumbres de nuestros modelos climáticos actuales”, afirmó Allen. “Con mejores datos, se obtienen mejores predicciones y, potencialmente, mejores maneras de proteger nuestra salud y el medio ambiente de la contaminación, tanto natural como antropogénica”.

La misión TEMPO es una colaboración entre la NASA y el Observatorio Astrofísico Smithsoniano, cuyo Centro de Astrofísica en la Universidad de Harvard supervisa las operaciones diarias del instrumento TEMPO y produce productos de datos a través de su Centro de Operaciones de Instrumentos.

Contacto [Notaspampeanas](mailto: notaspampeanas@gmail.com)