Los truenos y los relámpagos han provocado asombro y miedo en los seres humanos desde tiempos inmemoriales. Tanto en la cultura moderna como en la antigua, A menudo se piensa que estos fenómenos naturales están gobernados por algunos de los dioses más importantes y poderosos:Indra en el hinduismo, Zeus en la mitología griega y Thor en la mitología nórdica.

Sabemos que las tormentas eléctricas pueden desencadenar una serie de efectos notables, más comúnmente cortes de energía, granizadas y mascotas escondidas debajo de las camas. Pero resulta que todavía tenemos cosas que aprender sobre ellos. Un nuevo estudio publicado en Nature, ahora ha demostrado que las tormentas eléctricas también pueden producir radiactividad al desencadenar reacciones nucleares en la atmósfera.

Esto puede sonar como la trama de un gran desastre de ciencia ficción. Pero en la realidad, no hay nada de qué preocuparse. Desde principios del siglo XX, Los científicos han sido conscientes de la radiación ionizante (partículas y ondas electromagnéticas que pueden dañar las células) que caen a la atmósfera terrestre desde el espacio. Esta radiación puede reaccionar con átomos o moléculas, llevando suficiente energía para liberar electrones de átomos o moléculas. Por tanto, deja un "ión" con carga eléctrica positiva.

Hace poco más de un siglo, el físico austriaco Victor Hess realizó mediciones de ionización en un globo de aire caliente a cinco kilómetros sobre la superficie de la Tierra. Señaló que la tasa de ionización aumentaba rápidamente con la altura, lo contrario de lo que podría esperarse si la fuente de radiación ionizante procediera del suelo. Por lo tanto, Hess concluyó que debe haber una fuente de radiación con un poder de penetración muy alto ubicada por encima de la atmósfera. Fue nombrado co-receptor del Premio Nobel de Física en 1936 por su descubrimiento, más tarde apodado "rayos cósmicos".

Ahora sabemos que los rayos cósmicos están formados por partículas cargadas:principalmente, electrones, núcleos atómicos y protones:estos últimos forman el núcleo junto con los neutrones. Algunos se originan en el sol, mientras que otros provienen de las distantes explosiones de estrellas muertas en nuestra galaxia, conocidas como supernovas. Cuando estos rayos cósmicos entran en la atmósfera de la Tierra, interactúan con átomos y moléculas para producir una lluvia de partículas subatómicas. Entre estos se encuentran los neutrones, que no tienen carga eléctrica.

Son estos neutrones los que hacen posible la datación por radiocarbono. La mayoría de los átomos de carbono tienen seis protones y seis o siete neutrones en sus núcleos (denominados "isótopos 12C y 13C" respectivamente). Sin embargo, los neutrones producidos por los rayos cósmicos pueden reaccionar con el nitrógeno atmosférico para crear 14C, un isótopo de carbono pesado e inestable que, tiempo extraordinario, se "desintegrará radiactivamente" (se dividirá mientras emite radiación) de nuevo en nitrógeno.

En naturaleza, El 14C es increíblemente raro y solo constituye uno entre un billón de átomos de carbono. Pero, además de su peso y propiedades radiactivas, El 14C es básicamente idéntico a los isótopos de carbono más comunes. Se oxida para formar dióxido de carbono y entra en la cadena alimentaria a medida que las plantas absorben el CO radiactivo. ₂ .

La proporción de 12C a 14C en un organismo dado comenzará a cambiar cuando ese organismo muera y deje de ingerir carbono. El 14C que ya está en su sistema comienza a decaer. Es un proceso lento ya que el 14C tiene una vida media radiactiva de 5, 730 años, pero es predecible, lo que significa que las muestras orgánicas se pueden fechar midiendo la proporción de 12C a 14C que aún queda.

De este modo, Los rayos cósmicos son responsables de las reacciones nucleares en la atmósfera terrestre. Hasta hoy, pensamos que era el único canal natural que producía elementos radiactivos como el 14C. La palabra "nuclear", tan siniestro cuando se asocia con "bomba" o "desperdicio", simplemente se refiere a los cambios que se producen en un núcleo atómico.

Persiguiendo neutrones

Hace casi 100 años, El renombrado físico y meteorólogo escocés Charles Wilson propuso que las tormentas eléctricas también podrían desencadenar reacciones nucleares en la atmósfera. Wilson, que realizó un trabajo de campo en el observatorio meteorológico aislado en la cumbre del Ben Nevis, La montaña más alta de Gran Bretaña, estaba fascinado por la formación de nubes de tormenta y la electricidad atmosférica. Sin embargo, su sugerencia precedió al descubrimiento del neutrón, uno de los productos reveladores de las reacciones nucleares, en siete años, por lo que su propuesta no pudo ser probada.

Desde la época de Wilson, Ha habido muchos estudios que afirman haber detectado neutrones producidos por tormentas, pero ninguno ha demostrado ser definitivo. Otros han buscado radiaciones electromagnéticas energéticas (rayos X y rayos gamma) que acompañan a la avalancha de electrones de alta energía que sabemos que se produce por los relámpagos en las nubes de tormenta. Los cálculos muestran que estos electrones y rayos gamma pueden eliminar los neutrones del nitrógeno y el oxígeno de la atmósfera. Pero aunque se han observado rayos X y rayos gamma, nunca ha habido una observación directa de las consiguientes reacciones nucleares que tienen lugar en una tormenta.

El nuevo estudio utiliza un enfoque diferente. En lugar de buscar los escurridizos neutrones, los autores se basan en otros subproductos de las reacciones nucleares. Si los electrones y los rayos gamma causan la formación de isótopos inestables de nitrógeno y oxígeno por reacciones nucleares después de un rayo, estos deberían decaer después de unos minutos para formar isótopos estables de carbono y nitrógeno.

Crucialmente, esta desintegración produce una partícula conocida como "positrón", la versión "antimateria" del electrón. Todas las partículas tienen versiones de antimateria de sí mismas:tienen la misma masa pero la carga opuesta. Cuando la antimateria y la materia entran en contacto, se aniquilan en un destello de energía. Esta es la energía que buscaban los investigadores. Usando detectores de radiación que miran hacia el Mar de Japón, observaron las inequívocas huellas dactilares de rayos gamma de la aniquilación de positrones y electrones que tienen lugar inmediatamente después de que caen los rayos en las bajas nubes de tormenta de invierno. Esta es una clara evidencia de reacciones nucleares que tienen lugar en nubes de tormenta.

Estos resultados son importantes ya que demuestran una fuente de isótopos previamente desconocida en la atmósfera de la Tierra. Estos incluyen carbono-13, carbono-14 y nitrógeno-15, pero los estudios futuros también pueden revelar otros, como los isótopos de hidrógeno, helio y berilio.

Los hallazgos también tienen implicaciones para los astrónomos y científicos planetarios. Otros planetas dentro de nuestro sistema solar tienen tormentas eléctricas en sus atmósferas que podrían contribuir a la composición de sus atmósferas. Uno de estos planetas es Júpiter, que es también el dios del trueno en la mitología romana antigua.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.