¿Por qué se produce el trueno?

• Estamos entrando en la época de las tormentas de verano, con sus rayos y sus truenos, esos sonidos poderosos que nos hacen saltar de donde estemos si ocurren cerca, o mirar al cielo cuando los oímos como rugidos sordos desde lejos. Voy a tratar de explicar esos sonidos y, en general, los fenómenos de las tormentas de verano. 

Al principio de la primavera el suelo está todavía bastante frío. No calienta al aire sobre él. Pero según avanzamos en mayo el suelo se va calentando, y contiene todavía bastante agua de las lluvias del invierno. El chorro polar, la corriente de aire que circula a 11 kilómetros de altura, aún no se ha desplazado del todo hacia el norte y pasa por encima de España con alguna frecuencia, como hacen sus meandros en verano. (En las tierras americanas los fenómenos en altura son distintos, pero también allí hay de vez en cuando aire -relativamente- frío en altura).

En los días soleados de mayo y principios de junio (las tradicionales tormentas de la Feria del Libro de Madrid) la radiación solar calienta el suelo yevapora el agua que contiene, y el aire caliente asciende con (vapor de agua). No lo hace como lo hacen los globos aerostáticos, por flotación, pues las masas de aire no tienen superficies sólidas sobre las que los fluidos (ellas mismas) puedan ejercer presión. El fenómeno es uno del tipo ''emergente'' (un término de moda en el mundo cuántico, pero que de hecho es un resultado de la mecánica de los sistemas complejos): Las moléculas de aire en la superficie tienen mayor energía cinética que otras moléculas de aire encima de las mismas: Puesto que las que las rodean a su misma altura sobre la superficie tienen la misma energía, el único movimiento posible es hacia arriba. Al poco tiempo se inicia una corriente de aire ascendente limitada a una columna de diámetro no excesivamente grande. Si el aire sube, puesto que no se puede producir vacío, debe bajar aire a rellenar el volumen que ha ascendido.

Los fluidos se mueven de forma no lineal: en lenguaje cotidiano, se comportan como la economía: el rico se hace más rico y el pobre, cada vez más pobre. Una vez iniciada una corriente ascendente, la no linealidad o su equivalente, la realimentación positiva, amplifica la corriente que sube cada vez más arriba. Cuando sube se enfría, porque arriba hay menos presión que abajo (por eso los escaladores necesitan botellas de oxígeno en las grandes montañas). 

Si se enfría el vapor de agua, invisible, condensa, y lo vemos como gotas microscópicas de agua que al dispersar la luz, parecen columnas blancas. Claro, cuando encuentra una capa de aire de su misma temperatura ya no sigue subiendo, se desplaza hacia la circunferencia de las columnas de ascenso y comienza a bajar. Al bajar se calienta y el agua se vuelve a vaporizar. Sobre una llanura como la de Madrid, las de las dos Castillas, y otras muchas, se ven las ''nubes de buen tiempo': Un patrón de nubes y claros que se extiende hasta el horizonte.

A veces, en estos meses (en Madrid) un meandro del chorro polar trae aire muy frío en toda la capa de aire entre un kilómetro sobre el suelo y la tropopausa a 11 kilómetros de altura. Normalmente, pero no siempre, a partir de las 14 horas (cuando el sol está en el cenit) el aire caliente con vapor de agua comienza a subir, y se acelera hasta las capas mas altas de la atmósfera, que están siempre mas frías que el aire que sube, y este se enfría al bajar la presión ambiente. De nuevo por fenómenos no lineales de realimentación positiva, muchas de las zonas de aire que asciende se van uniendo entre sí, formándose grandes columnas de aire de unos 10 a 20 kilómetros de diámetro, que suponen grandes torres de ascenso de aire húmedo.

En las corrientes ascensionales condensa el vapor de agua. Las columnas al principio son blancas, pero al llenarse de agua bloquean totalmente el paso de la luz: Se convierten en las tremendas ''nubes negras de tormenta'' que van a dejar caer masas de agua durante un corto intervalo de unos 30 minutos.

Las moléculas de aire y agua, y los glóbulos microscópicos de ésta, van rozando entre sí al ir subiendo. Se van quitando electrones unos a otros de forma que se van generando volúmenes de ''nube'' con cargas positivas y negativas: Como en una batería de coche, va aumentando la diferencia de potencial entre dos zonas distintas del espacio. La diferencia de potencial mide la fuerza necesaria para que las cargas eléctricas se muevan. Están sometidas a dos fuerzas: La que trata de que se junten, y la de las moléculas neutras que lo tratan de impedir. Cuando la diferencia de potencial es lo suficientemente grande, la primera fuerza gana a la segunda y salta una chispa. Pero la chispa cambia a las moléculas neutras en moléculas cargadas que permiten el avance de aquella. De nuevo un fenómeno emergente: La misma chispa cambia la situación para poderse propagar de un lado a otro de la nube o de arriba hasta el suelo: Tenemos los relámpagos y los rayos.

Las chispas llevan una enorme cantidad de energía, y calientan, muy deprisa una pequeña región a su alrededor. Aumentar la temperatura en un gas significa aumentar la presión, y acabamos de ver que ese aumento es brusco. Es tan brusco que la velocidad de la onda de presión es superior a la del sonido: Se produce una onda de choque que en 30 metros se convierte en ruido.

Cuando un trompetista lanza un volumen de aire bruscamente a la boquilla del instrumento, (hace ''pedorretas'') cambia rápidamente la presión en la misma: Se establece una onda de presión que avanza por la trompeta y luego hasta el oído de quien por allí pase.

Imaginemos las variaciones bruscas de presión del aire que genera la chispa eléctrica de un relámpago o de un rayo. Son muchísimo mayores que las de cualquier trompeta o megáfono. Si a 1 km medimos los decibelios de ese sonido como 110, a unos 30 metros serían 140 dB, más que cualquier máquina inventada por el ser humano.

Estos sonidos de trompetas poderosas son golpes agudos que oímos cuando los rayos caen cerca, o los rugidos muy graves de los rayos y relámpagos lejanos. El rayo o el relámpago produce toda la gama de frecuencias audibles, pero las frecuencias agudas (las variaciones muy rápidas de presión) se absorben muy bien por el vapor de agua de la nube. A distancia solo quedan las frecuencias bajas. Cerca del rayo el sonido es una mezcla de agudos y bajos, lejos del mismo, solo oímos un rugido que dura bastante tiempo.

La dispersión del sonido en el aire y su absorción por el vapor de agua hace que el ruido de los truenos se pierda para distancias mayores de 20 km.

Fuente: elmundo.es