13.12.2022 - 21:40
|
Actualització: 13.12.2022 - 21:52
Tothom ha vist un llamp i s’ha meravellat del poder que té. Però, malgrat que en cauen molt sovint –cada dia, uns 8,6 milions arreu del món–, continua essent un misteri per què avancen en un seguit de salts i pauses del núvol de tempesta fins a terra.
Hi ha llibres que en parlen, però cap no ha explicat com es formen aquestes ziga-zagues (anomenades “esglaons”) i com poden viatjar tants quilòmetres. La meva nova investigació n’ofereix una explicació.
Del cel a terra, a salts
Els intensos camps elèctrics dels núvols de tempesta exciten els electrons fins que tenen prou energia per a crear les molècules d’oxigen singlet-delta. Aquestes molècules i aquests electrons s’acumulen per crear un esglaó curt i molt conductor, que s’il·lumina intensament durant una milionèsima de segon.
Al final de l’esglaó, hi ha una pausa en què es produeix una altra acumulació, 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 de desenvolupar solucions per a protegir millor els edificis, els avions i les persones.
A més, tot i que l’ús de materials composts respectuosos amb el medi en les aeronaus va millorant l’eficiència del combustible, aquests materials fan créixer el risc de danys per llamps, per la qual cosa hem de cercar 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 amb la superfície terrestre. Un corrent de milers d’amperes flueix entre el terra i el cel, a una temperatura de desenes de milers de graus.
Les fotografies dels llamps revelen tot de detalls que no es perceben a ull nu. En general, hi ha quatre o cinc traçadors que surten del núvol. Aquests es ramifiquen i zigzaguegen en una trajectòria irregular cap a terra. El primer d’aquests traçadors que toca a terra comença 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 avall des del núvol en esglaons d’uns cinquanta metres de longitud. Cada esglaó es torna brillant durant una milionèsima de segon, però després hi ha una foscor gairebé total. Al cap de cinquanta 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? Com és possible que els esglaons estiguin connectats elèctricament amb el núvol si no hi ha cap connexió visible?
Per a respondre a aquestes preguntes cal comprendre què passa quan un electró energètic xoca amb una molècula d’oxigen. Si l’electró té prou energia excita la molècula a l’estat singlet-delta. És un estat metaestable, és a dir, no és perfectament estable però no sol caure en un estat d’energia inferior fins al cap d’uns quaranta-cinc minuts.
L’oxigen en aquest estat singlet-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 es tornen a unir 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 a 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 a l’extrem augmenta fins a aproximadament el del núvol i produeix un altre esglaó.
Les molècules excitades creades en els salts anteriors formen una columna fins al núvol. Llavors tota la columna és conductora d’electricitat, sense necessitat de cap camp elèctric i amb poca emissió de llum.
Protecció de persones i béns
Entendre com es formen els llamps és important per a dissenyar la protecció dels edificis, les aeronaus i les persones. Si és rar que els llamps caiguin en individus, sovint impacten en edificis, especialment els alts i aïllats.
Quan un llamp cau sobre un arbre, la saba de l’interior bull i el vapor resultant crea una pressió que esberla el tronc. De la mateixa manera, quan un llamp colpeja la cornisa d’un edifici, l’aigua de la pluja que s’ha filtrat en el formigó bull, la pressió fa esclatar tota la cornisa de l’edifici i el risc d’ensorraments mortífers augmenta.
El parallamps, inventat per Benjamin Franklin el 1752, és bàsicament un pal metàl·lic gruixut subjectat a la part superior d’un edifici i connectat a terra. És dissenyat per atreure els llamps i connectar la càrrega elèctrica a terra. Com que dirigeix el flux per mitjà del cable, evita que l’edifici sofreixi danys.
Aquests parallamps són necessaris per als edificis alts, però encara ignorem quants en calen en cada construcció.
John Lowke és investigador adjunt i professor de física la Universitat de South Australia. Aquest article va ser publicat originalment a The Conversation.
