Resuelto el misterio de cómo se producen los rayos volcánicos

Los físicos han resuelto un misterio de larga data en torno al proceso que crea los rayos volcánicos: cuando partículas similares se frotan entre sí, ¿por qué algunas quedan cargadas positivamente mientras que otras se cargan negativamente?

El intercambio de carga eléctrica cuando dos objetos se tocan, llamado efecto triboeléctrico, es lo que hace que el cabello sea atraído hacia un globo después del roce.

En una nube de ceniza volcánica, las partículas arremolinadas de dióxido de silicio intercambian carga eléctrica al chocar. Las partículas cargadas positiva y negativamente se separan y se producen rayos cuando la corriente fluye entre las dos.

Pero los físicos no pudieron explicar qué rompe la simetría entre dos partículas del mismo material y hace que la carga fluya en un sentido u otro.

“Hay muchos candidatos”, dice Galien Grosjean, ahora en la Universidad Autónoma de Barcelona. “La gente sospecha que es importante la humedad, o la rugosidad, o la estructura cristalina”.

Mientras trabajaba en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria en Klosterneuburg, Grosjean se preguntó si la respuesta estaba en las moléculas que contienen carbono en la superficie de las partículas. Estas moléculas se encuentran en todas partes en la naturaleza y los científicos de materiales intentan mantener estos contaminantes al mínimo. Pero Grosjean y sus colegas hicieron un seguimiento de lo que la limpieza de sus muestras afectaba a la electrificación.

Con ultrasonido, hicieron levitar una pequeña partícula de dióxido de silicio, la dejaron rebotar una vez sobre una placa objetivo hecha del mismo material y luego midieron su carga. “Podría tener una carga positiva o negativa. Si fuera positivo, lo hornearíamos o lo limpiaríamos y rehaceríamos el experimento, y luego se cargaría negativo”, dice Grosjean.

El análisis de las muestras mostró que la eliminación de las moléculas que contienen carbono era de hecho el factor de control. “Vimos que este efecto supera todo lo demás”, afirma Grosjean.

Otro indicio fue que una muestra limpia volvería a cargarse positivamente después de aproximadamente un día, que es también la rapidez con la que adquiriría una nueva capa de moléculas de carbono del aire.

Daniel Lacks, de la Universidad Case Western Reserve en Cleveland, Ohio, está impresionado por el estudio. “La gente sabe que las superficies tienen mucha basura. Pero nunca había visto que eso surgiera en la carga triboeléctrica”, dice.

Teme que el descubrimiento pueda ser una mala noticia para los físicos. Si la contaminación por carbono determina la dirección de carga, será muy difícil calcular con precisión cómo se cargan las partículas. “La predicción puede ser algo que nunca sucederá”, dice Lacks.

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