Logro histórico de la ciencia española: descubren un fenómeno que explicaría el origen de las tormentas eléctricas

Las tormentas eléctricas se producen por la acumulación de carga en las nubes. Se forman por colisiones entre partículas de hielo, diferencias de temperatura y corrientes de aire. Una teoría clásica. Pero lo que pocas veces se explica es el mecanismo físico que da origen a esas cargas eléctricas. ¿De dónde salen? ¿Qué ocurre dentro de una nube para que el cielo reviente con un rayo?

Una nueva investigación, publicada en Nature Physics, señala una posible respuesta que hasta ahora había pasado desapercibida. Según el estudio Flexoelectricity and surface ferroelectricity of water ice, el hielo común tiene la capacidad de generar electricidad cuando se dobla. No por presión, como otros materiales, sino por flexoelectricidad: una propiedad que, hasta ahora, no se le había reconocido.

Descubren que el hielo genera voltaje y podría explicar las tormentas eléctricas

Lo que plantea este estudio es un cambio de base. El equipo, con participación del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2), la Universidad Jiaotong de Xi’an y la Universidad de Stony Brook, ha demostrado en laboratorio que el hielo puede generar voltaje al ser deformado de manera desigual. No es necesario romperlo ni fundirlo, basta con doblarlo.

¿Cómo funciona esto exactamente? Al aplicar un esfuerzo mecánico no uniforme (algo que ocurre constantemente dentro de las nubes de tormenta cuando colisionan granizos, nieve y cristales de hielo) se crea un gradiente de tensión. Las moléculas de agua, especialmente en la superficie, se reorientan por ese estrés. Esa reorientación separa cargas positivas y negativas. El resultado es la formación de un campo eléctrico.

Lo interesante es que los voltajes medidos en el laboratorio son comparables a los registrados durante tormentas. Es decir, que lo que se ha visto bajo microscopio en una placa de hielo, encaja con lo que sucede allá arriba, en las nubes cargadas que descargan rayos sobre la Tierra.

El hielo revela propiedades ocultas que podrían explicar las tormentas eléctricas

Este hallazgo da peso a una idea hasta ahora poco explorada: la flexoelectricidad del hielo podría ser la verdadera fuente de carga en las nubes. Esto desplaza explicaciones más vagas como la triboelectricidad o la simple fractura de cristales.

También se ha descubierto que, por debajo de los -113 °C, el hielo desarrolla una capa superficial con propiedades ferroeléctricas. Esa capa es capaz de polarizarse y despolarizarse, como si se tratara de un imán eléctrico en miniatura.

Es decir, además de generar electricidad al doblarse, el hielo puede mantener una polarización estable cuando hace un frío extremo. Dos propiedades eléctricas sorprendentes en un material tan habitual.

Cuál es el lugar del mundo con más tormentas eléctricas

Cuando se trata de rayos hay un  sitio en el planeta donde esta investigación cobra aún más sentido: la Cuenca del Catatumbo, en Venezuela. Allí, sobre el Lago de Maracaibo, se produce el fenómeno eléctrico más intenso del mundo. El llamado Relámpago del Catatumbo ilumina el cielo durante más de 200 noches al año, con tormentas que pueden durar hasta 10 horas seguidas.

Esta es una combinación explosiva. Los vientos del Caribe chocan con el aire húmedo del lago, el calor se acumula durante el día y las montañas cercanas empujan el aire hacia arriba. Se forman nubes de desarrollo vertical gigantescas. Y con ellas, colisiones constantes entre partículas de hielo. Justo el tipo de entorno donde la flexoelectricidad del hielo puede desatar todo su potencial.