Nitrógeno, Las moléculas de oxígeno y vapor de agua se rompen por los rayos y las descargas eléctricas más débiles asociadas. generando los gases reactivos NO, O 3 , HO 2 , y limpiador de la atmósfera, OH. Crédito:Jena Jenkins, Penn State
Los rayos rompen las moléculas de nitrógeno y oxígeno en la atmósfera y crean sustancias químicas reactivas que afectan los gases de efecto invernadero. Ahora, un equipo de químicos atmosféricos y científicos de rayos ha descubierto que los rayos y, asombrosamente, las descargas subvisibles que no pueden ser vistas por las cámaras o el ojo desnudo producen cantidades extremas del radical hidroxilo — OH — y del radical hidroperoxilo — HO 2 .
El radical hidroxilo es importante en la atmósfera porque inicia reacciones químicas y descompone moléculas como el metano, un gas de efecto invernadero. OH es el principal impulsor de muchos cambios de composición en la atmósfera.
"Inicialmente, miramos estos enormes OH y HO 2 Señales encontradas en las nubes y preguntaron, ¿Qué le pasa a nuestro instrumento? ", dijo William H. Brune, distinguido profesor de meteorología en Penn State. "Supusimos que había ruido en el instrumento, así que eliminamos las enormes señales del conjunto de datos y las archivamos para un estudio posterior ".
Los datos provienen de un instrumento en un avión que voló sobre Colorado y Oklahoma en 2012 para observar los cambios químicos que las tormentas eléctricas y los rayos provocan en la atmósfera.
Pero hace unos años, Brune sacó los datos de la estantería, vio que las señales eran realmente hidroxilo e hidroperoxilo, y luego trabajé con un estudiante de posgrado e investigador asociado para ver si estas señales podían ser producidas por chispas y descargas subvisibles en el laboratorio. Luego hicieron un nuevo análisis del conjunto de datos de tormentas eléctricas y rayos.
"Con la ayuda de un excelente pasante de pregrado, "dijo Brune, "pudimos vincular las enormes señales vistas por nuestro instrumento que volaba a través de las nubes de tormenta con las mediciones de rayos realizadas desde el suelo".
Los investigadores informan sus resultados en línea hoy (29 de abril) en Ciencias Primera versión y Journal of Geophysical Research — Atmósferas .
Brune señala que los aviones evitan volar a través de los núcleos de tormentas que aumentan rápidamente porque es peligroso, pero puede probar el yunque, la parte superior de la nube que se extiende hacia afuera en la dirección del viento. Los rayos visibles ocurren en la parte del yunque cerca del núcleo de la tormenta.
"A través de la historia, la gente solo estaba interesada en los relámpagos por lo que podían hacer en el suelo, ", dijo Brune." Ahora hay un creciente interés en las descargas eléctricas más débiles en las tormentas eléctricas que conducen a los rayos ".
La mayoría de los relámpagos nunca llegan al suelo y el rayo que permanece en las nubes es particularmente importante para afectar el ozono, e importantes gases de efecto invernadero, en la atmósfera superior. Se sabía que los rayos pueden dividir el agua para formar hidroxilo e hidroperoxilo, pero este proceso nunca se había observado antes en tormentas eléctricas.
Lo que confundió al equipo de Brune inicialmente fue que su instrumento registró altos niveles de hidroxilo e hidroperoxilo en áreas de la nube donde no había rayos visibles desde la aeronave o el suelo. Los experimentos en el laboratorio mostraron que la corriente eléctrica débil, mucho menos enérgico que el del rayo visible, podría producir estos mismos componentes.
Si bien los investigadores encontraron hidroxilo e hidroperoxilo en áreas con rayos subvisibles, encontraron poca evidencia de ozono y ninguna evidencia de óxido nítrico, que requiere un rayo visible para formarse. Si los rayos subvisibles ocurren de forma rutinaria, luego, el hidroxilo y el hidroperoxilo que crean estos eventos eléctricos deben incluirse en los modelos atmosféricos. En la actualidad, no son.
Según los investigadores, "El OH (hidroxilo) generado por rayos en todas las tormentas que suceden a nivel mundial puede ser responsable de un 2% a 16% altamente incierto pero sustancial de la oxidación del OH atmosférico global".
"Estos resultados son muy inciertos, en parte porque no sabemos cómo se aplican estas medidas al resto del mundo, ", dijo Brune." Solo volamos sobre Colorado y Oklahoma. La mayoría de las tormentas eléctricas ocurren en los trópicos. Toda la estructura de las tormentas de las llanuras altas es diferente a las de los trópicos. Claramente, necesitamos más mediciones de aviones para reducir esta incertidumbre ".
