Imagínese esto: está atrapado en el tráfico en una tarde de verano, revisando la aplicación del clima en su teléfono mientras se acercan nubes oscuras de tormenta.
por Georgia Jiang, Universidad de Maryland
Puede pensar en cortes de energía o posibles inundaciones, pero probablemente no piensa en cómo cada rayo que cruza el cielo también emite un gas, óxido de nitrógeno (NO), que también se emite en el escape del motor de su automóvil.
Sin embargo, eso es exactamente lo que ocurre durante una tormenta eléctrica. Por primera vez, científicos de la Universidad de Maryland lograron detectar rayos y su impacto en la calidad del aire mediante observaciones satelitales de alta frecuencia, obteniendo información valiosa sobre cómo las tormentas producen contaminación y especies químicas cruciales que ayudan a limpiar la atmósfera terrestre.
A finales de junio de 2025, a lo largo de unos días, el profesor de investigación en ciencias atmosféricas y oceánicas de la UMD, Kenneth Pickering, y el científico asociado de investigación, Dale Allen, utilizaron datos capturados por el instrumento TEMPO (Emisiones Troposféricas: Monitoreo de la Contaminación) de la NASA para monitorear cuidadosamente las tormentas eléctricas a medida que evolucionaban en su movimiento por el este de Estados Unidos. Lanzado en 2023, TEMPO suele rastrear los contaminantes del aire en Norteamérica cada hora desde su posición a 35.500 kilómetros sobre la Tierra, pero el experimento de Pickering y Allen les permitió tomar mediciones rápidas del dióxido de nitrógeno asociado con cada tormenta a intervalos de 10 minutos. Gracias a las avanzadas capacidades del instrumento, finalmente pudieron estudiar procesos complejos en el aire, en lugar de reconstruir pistas a posteriori.
«Esta es la primera vez que se realiza este tipo de investigación con una frecuencia tan temporal», afirmó Pickering. «Las tormentas eléctricas evolucionan rápidamente. A menudo se forman, se intensifican y desaparecen en una hora. Estas observaciones a intervalos cortos nos brindan una mejor visión de lo que realmente sucede durante una tormenta».
«Con este experimento, podemos contar el número de relámpagos a medida que ocurren utilizando datos de los instrumentos del satélite Geostationary Lightning Mapper de la NOAA y, a su vez, obtener una idea más precisa de la cantidad de dióxido de nitrógeno que produce cada relámpago durante una tormenta y su duración después», añadió Allen. «Esta información ayudará a los investigadores a mejorar los modelos climáticos existentes y a comprender mejor cómo los rayos pueden afectar el aire que respiramos».
Capturando un rayo en un modelo
Cuando cae un rayo, se producen temperaturas extremadamente altas que descomponen las moléculas de nitrógeno y oxígeno en el aire. Esto da lugar a la creación de óxidos de nitrógeno, el mismo tipo de contaminantes atmosféricos emitidos por los automóviles u otras fuentes de combustión, que contribuyen a la contaminación por ozono .
«A nivel mundial, los rayos representan entre el 10 % y el 15 % del total de óxidos de nitrógeno liberados a la atmósfera», afirmó Pickering. «La contaminación humana es mucho mayor, pero es importante considerar que los rayos liberan óxidos de nitrógeno a altitudes mucho mayores, donde pueden ser más eficientes para catalizar la producción de ozono».
Mientras que los gases de escape de los automóviles contaminan el aire cerca del suelo, la contaminación por rayos se produce en las capas altas de la atmósfera, donde el ozono resultante es más eficaz para el calentamiento atmosférico. La contaminación por rayos y el ozono resultante a veces pueden transportarse a la superficie, afectando la calidad del aire a cientos de kilómetros de la tormenta original . Allen señaló que este efecto se agrava en verano, a medida que suben las temperaturas y aumentan las tasas de producción de ozono.
«Los efectos de los rayos sobre el clima durante el verano son comparables a los óxidos de nitrógeno creados antropogénicamente, por eso queríamos estudiar las tormentas durante junio», explicó Allen.
Pero los rayos no solo generan contaminación, sino que también desencadenan la formación de radicales hidroxilo, moléculas importantes que ayudan a purificar la atmósfera terrestre mediante la descomposición de gases como el metano, un importante contribuyente al calentamiento global y a los niveles de ozono de fondo. El experimento con rayos proporcionó a los investigadores información crucial sobre esta reacción en cadena provocada por los rayos, conectando la producción de óxidos de nitrógeno con los radicales hidroxilo, lo que les ayudó a cartografiar la composición atmosférica y la compleja dinámica molecular que interviene durante las tormentas eléctricas.
«A partir de estudios previos de nuestro grupo y otros, creemos que cada rayo crea un promedio de 250 moles de óxidos de nitrógeno en el cielo», afirmó Allen. Sin embargo, este valor es incierto y la producción de cada rayo varía al menos en un orden de magnitud. «Creemos que cuando las tormentas se intensifican, los rayos se acortan y producen menos óxido de nitrógeno por rayo. Este estudio nos dará la oportunidad de demostrarlo. Comprender cómo cambiará la huella de los rayos en un mundo de fenómenos meteorológicos extremos cada vez más intensos es esencial para formular modelos climáticos para el futuro».
Descifrando los fenómenos meteorológicos extremos y mejorando la previsión de la calidad del aire
Pickering y Allen creen que su experimento TEMPO tiene posibles impactos reales en la vida cotidiana. Los gases producidos por los rayos pueden viajar en largas «cintas transportadoras de aire en movimiento» e influir en la calidad del aire lejos de donde se originaron las tormentas, señaló Allen. Ocasionalmente, los rayos también contribuyen al ozono troposférico, un componente principal del smog que puede desencadenar asma y otros problemas respiratorios en humanos.
«Para quienes viven en zonas montañosas como Colorado, esta información puede ser muy importante, ya que los rayos contribuyen significativamente al ozono superficial a mayor altitud», afirmó Pickering. «Podría influir en la forma en que los meteorólogos predicen la calidad del aire durante y después de las tormentas en estas regiones».
Aunque Pickering y Allen aún analizan las primeras lecturas de TEMPO, creen que su experimento ayudará a los científicos a evaluar qué proporción de los gases contaminantes en la atmósfera terrestre se puede atribuir a las actividades humanas en comparación con los procesos naturales. Actualmente, los científicos atmosféricos desconocen la cantidad de contaminación que genera cada rayo, pero el experimento TEMPO proporciona los datos sin procesar que sientan las bases para comprender cómo los diferentes grados de intensidad de los rayos pueden afectar la calidad del aire local y global . El experimento también proporciona información sobre la capacidad de la atmósfera para descomponer naturalmente contaminantes, como el metano y otros hidrocarburos dañinos.
«Queremos utilizar estos datos de alta frecuencia para reducir las principales incertidumbres en nuestros modelos climáticos actuales «, afirmó Allen. «Con mejores datos, se obtienen mejores predicciones y, potencialmente, mejores maneras de proteger nuestra salud y el medio ambiente de la contaminación, tanto natural como antropogénica».
