Así funciona el efecto corona: los árboles brillan durante las tormentas

Un espectáculo de luces invisible sobre el bosque

Cada vez que una tormenta eléctrica se cierne sobre un bosque, ocurre algo extraordinario que ningún ojo humano puede ver. Las puntas de las hojas y las ramas estallan en tenues destellos ultravioleta, pequeñas descargas eléctricas llamadas efecto corona, a medida que el campo eléctrico de la atmósfera fuerza la carga a través de los árboles. Los científicos teorizaron sobre este fenómeno durante casi un siglo, pero no fue hasta que investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania condujeron una minivan modificada hacia las tormentas a lo largo de la costa este de EE. UU. que alguien lo capturó en cámara.

¿Qué es el efecto corona?

El efecto corona es un tipo de descarga disruptiva que ocurre cuando un fuerte campo eléctrico ioniza el aire alrededor de un objeto puntiagudo o afilado. A diferencia de los rayos, que implican un flujo masivo y repentino de corriente entre la nube y el suelo, el efecto corona es una fuga de electricidad silenciosa y continua. La corriente es diminuta, aproximadamente un microamperio por punto de descarga, pero la física detrás de ella da forma al clima, daña la vegetación e incluso puede limpiar el aire.

El proceso comienza con la separación de cargas dentro de una nube de tormenta. La base de la nube normalmente tiene una fuerte carga negativa, lo que induce una carga positiva correspondiente en el suelo debajo. Debido a que las cargas opuestas se atraen, la carga positiva del suelo migra hacia arriba a través de cualquier cosa conductora, incluidos los troncos y las ramas de los árboles, y se concentra en los puntos más afilados: puntas de hojas, agujas de pino y extremos de ramitas.

Cuando el campo eléctrico local en esas puntas supera aproximadamente 30.000 voltios por centímetro, las moléculas de aire circundantes comienzan a ionizarse. Los electrones se separan de los átomos de nitrógeno y oxígeno, creando una fina capa de plasma. A medida que las moléculas excitadas se relajan y vuelven a su estado fundamental, liberan fotones, predominantemente en el rango azul y ultravioleta, produciendo un tenue brillo.

Los marineros lo supieron primero

El efecto corona no es un descubrimiento nuevo en principio. Los marineros han observado a su primo visible, el fuego de San Telmo, durante siglos. Llamado así por San Erasmo, el santo patrón de los marineros, estos espeluznantes brillos azul-violeta en las puntas de los mástiles alguna vez se consideraron presagios, a veces buenos, a veces malos. Se aplica la misma física: el alto mástil de metal de un barco concentra la carga tal como lo hace la punta de una hoja, pero con suficiente intensidad para que el brillo sea visible a simple vista.

Los aviadores también lo han encontrado. Durante el vuelo 9 de British Airways en 1982, los pasajeros y la tripulación vieron destellos brillantes bailar a través del parabrisas mientras el avión volaba a través de ceniza volcánica y aire cargado eléctricamente. El Empire State Building mostró el efecto corona poco después de su inauguración en 1931.

Filmando lo invisible

Lo que hizo que el estudio de Penn State fuera innovador fue capturar el efecto corona en árboles silvestres en condiciones reales de tormenta, algo que nadie había logrado antes. El investigador principal, Patrick McFarland, y su equipo equiparon una Toyota Sienna 2013 con una estación meteorológica, un detector de campo eléctrico, un telémetro láser y un periscopio montado en el techo conectado a una cámara sensible a los rayos UV sintonizada a longitudes de onda entre 255 y 273 nanómetros.

Durante las campañas de campo de verano desde Florida hasta Pensilvania, el equipo registró cientos de eventos de efecto corona. En una sesión de observación de 90 minutos en Pembroke, Carolina del Norte, su cámara capturó 859 destellos de efecto corona en un liquidámbar y 93 en un pino taeda cercano. Los parpadeos individuales duraron desde fracciones de segundo hasta unos tres segundos, a menudo saltando entre las hojas.

"Creo que verías esta franja de brillo en la parte superior de cada árbol" durante las tormentas, dijo McFarland. "Esto solo demuestra que todavía se está haciendo ciencia de descubrimiento".

Por qué es importante para la atmósfera

El descubrimiento tiene implicaciones más allá del espectáculo visual. Las descargas de efecto corona producen radicales hidroxilo, moléculas altamente reactivas que descomponen los hidrocarburos y otros contaminantes en el aire. Los bosques ya contribuyen a la química atmosférica a través de las emisiones de compuestos orgánicos volátiles, pero el efecto corona impulsado por las tormentas puede agregar un mecanismo de limpieza previamente no reconocido concentrado a nivel del dosel.

También existen consecuencias ecológicas. Las descargas causan quemaduras visibles en la punta de las hojas en cuestión de segundos. Investigaciones que se remontan a la década de 1960 mostraron que las corrientes eléctricas en los árboles pueden dañar las membranas celulares y destruir los cloroplastos, los orgánulos responsables de la fotosíntesis. Durante muchas temporadas de tormentas, este daño acumulativo podría influir en qué especies de árboles prosperan en regiones propensas a tormentas y puede haber dado forma a la evolución de las hojas durante milenios.

Un fenómeno común, raramente visto

El equipo de Penn State confirmó una actividad de efecto corona idéntica en cuatro tormentas separadas y múltiples especies de árboles (liquidámbar, pino taeda, abeto y arce), lo que sugiere que el fenómeno es universal dondequiera que los árboles se encuentren debajo de las tormentas eléctricas. La razón por la que permaneció sin filmar durante tanto tiempo es simple: las longitudes de onda UV involucradas están bloqueadas por la capa de ozono de la Tierra e invisibles para nuestros ojos. Sin un equipo especializado apuntando al árbol correcto en el momento correcto, el espectáculo de luces permanece oculto.

Para cualquiera que haya estado debajo del dosel de un bosque durante una tormenta eléctrica, la implicación es sorprendente: cada punta de hoja arriba puede haber estado chispeando silenciosamente con plasma, limpiando el aire y quemándose lentamente en el proceso.