Que un rayo “nunca golpea dos veces en el mismo sitio”, o que los rayos “caen” sólo son dos ejemplos de expresiones populares que resultan falsas y ponen de manifiesto nuestra ignorancia. El edificio Empire State sufre descargas de rayos decenas de veces al año, y más que caer, los rayos son “recibidos” en el suelo. Sí sabemos que el rayo surge desde una acumulación estática de carga, como en las placas de un condensador, hasta que si la carga es excesiva, salta una chispa. Ahora bien, en condiciones normales, la carga del campo eléctrico terrestre es de unos 120 voltios por metro, totalmente insuficiente para producir los rayos.

Para que aparezcan, la carga en el campo eléctrico disruptivo de la tormenta es de 10.000 voltios por centímetro.

¿Cómo se produce ese brutal aumento? En un día despejado hay varios factores que contribuyen a formarlo: la radiación terrestre, la solar o incluso la cósmica, colisionan con las partículas de aire en la atmósfera, dándose una pérdida o una ganancia de electrones. Pero, cuando se desarrolla la tormenta, hay que añadir un proceso más; las fuertes corrientes ascensionales de aire (convectivas) características de las tormentas, y que pueden detectarse fácilmente porque generan formaciones similares a almenas en las nubes (“castellatos”), y arrastran hacia arriba las partículas de agua que las componen. Al ganar altura, hasta 10 kilómetros, su temperatura desciende y se transforman en granizo, formando copos que van creciendo por deposición hasta alcanzar un tamaño tan grande, que las tensiones internas los rompen. En función del peso, se quedarán en la parte alta de la nube o descenderán, con sus correspondientes cargas.

DIVISIÓN DE OPINIONES
Éste es el mecanismo que defiende José Leandro Cano, profesor de Electricidad Atmosférica de la Facultad de Ciencias Físicas de la Universidad Complutense. Pero otros expertos sostienen que es el rozamiento entre partículas de agua y hielo de la nube el proceso que genera las cargas y que las separa (como sucede cuando frotamos un bolígrafo con la manga del jersey). Esa división de opiniones no es más que el comienzo, ya que la polémica sigue a la hora de explicar el tipo y la distribución de las cargas. Como afirma el profesor Cano, “si seguimos así es porque el proceso no está claro”. Estas teorías son la dipolar (que se divide en dos en función de la distribución de signo de las cargas en las nubes) y la doblemente dipolar. Reciben ese nombre porque reproducen la estructura eléctrica terrestre, que tiene dos polos, el positivo en la ionosfera o electrosfera y la negativa en el propio suelo. Así, en las tormentas una teoría postula que la carga negativa está en la parte alta de la nube y la positiva en la baja (o viceversa), mientras que la doblemente dipolar sostiene que la superior se carga positivamente, la baja negativamente y justo la base positivamente también. La dificultad por decantarse definitivamente por una de ellas es que se han detectado movimientos de cargas de ambos signos.

Mientras, en tierra, las cargas de la base de la nube repelen las cargas de mismo signo del suelo, generando un efecto de “barrido” y una “sombra” de signo contrario. Ya está servido el escenario, ¿pero cómo se produce el rayo? ¿Cómo puede recorrer centenares de metros, incluso kilómetros por un medio conductor tan pésimo como es el aire?

LA FORMACIÓN DEL RAYO
En primer lugar, llega la llamada “carga piloto”, un desplazamiento de cargas, invisible a nuestros ojos, que ionizan el aire, abriendo un paso en la atmósfera de menos de 100 metros. Por ahí empiezan a bajar las “descargas líderes”, divididas en “escalonadas” o “dardos” en función del trazado de su rumbo. Éstas tampoco llegan al suelo, pero desde él están ascendiendo descargas de signo contrario, atraídas por las de la base inferior de la nube. Cuando una de ellas conecta con una de las líderes descendentes, el circuito se cierra y se produce la descarga principal, el rayo propiamente dicho.

Entonces las cargas de la nube van bajando, con lo que desciende temporalmente el gradiente de potencial, hasta que se repite el proceso. Nuestros ojos sólo perciben rápidos centelleos, pero en ese rayo se producen varias descargas, que provocan un súbito calentamiento que expande el aire rápidamente y deja un vacío que, al rellenarse, produce la onda de choque que percibimos como el trueno.