Movimiento continuo de portadores de carga atmosférica entre una capa conductora superior y una superficie
Los rayos caen sobre la Tierra 100 veces por segundo. [1]
Un circuito eléctrico atmosférico global es el movimiento continuo de portadores de carga atmosféricos, como iones, entre una capa conductora superior (a menudo una ionosfera ) y la superficie. El concepto de circuito global está estrechamente relacionado con la electricidad atmosférica , pero no todas las atmósferas tienen necesariamente un circuito eléctrico global. [2] El concepto básico de un circuito global es que a través del equilibrio de tormentas eléctricas y buen tiempo , la atmósfera está sujeta a una corriente eléctrica continua y sustancial .
Básicamente, las tormentas eléctricas en todo el mundo llevan cargas negativas a la tierra, que luego se descargan gradualmente a través del aire lejos de las tormentas, en condiciones que se conocen como "buen tiempo". [1]
Este circuito atmosférico es fundamental para el estudio de la física atmosférica y la meteorología . [3] El circuito eléctrico global también es relevante para el estudio de la salud humana y la contaminación del aire , debido a la interacción de iones y aerosoles . Los efectos del cambio climático y la sensibilidad a la temperatura del circuito eléctrico de la Tierra son actualmente desconocidos. [4]
Las mediciones de buen tiempo realizadas a partir de finales del siglo XVIII solían mostrar variaciones diurnas constantes. Durante el siglo XIX se realizaron varias series largas de observaciones. Las mediciones cerca de las ciudades estaban (y siguen estando) muy influidas por la contaminación por humo. A principios del siglo XX, los ascensos en globo proporcionaron información sobre el campo eléctrico muy por encima de la superficie. El buque de investigación Carnegie realizó un trabajo importante , ya que produjo mediciones estandarizadas en los océanos del mundo (donde el aire es relativamente limpio).
CTR Wilson fue el primero en presentar el concepto de circuito global en 1920. [6]
Mecanismo
Iluminación
Cada día se producen unas 40.000 tormentas eléctricas, que generan unos 100 rayos por segundo [1] , lo que puede considerarse como una batería que carga la Tierra. Las tormentas eléctricas generan una diferencia de potencial eléctrico entre la superficie terrestre y la ionosfera, principalmente por medio de la corriente que devuelven los rayos a tierra. Debido a esto, la ionosfera está cargada positivamente con respecto a la Tierra. En consecuencia, siempre hay una pequeña corriente de aproximadamente 2 pA por metro cuadrado que transporta partículas cargadas en forma de iones atmosféricos entre la ionosfera y la superficie.
Buen tiempo
Esta corriente es transportada por iones presentes en la atmósfera (generados principalmente por rayos cósmicos en la troposfera libre y por encima de ella, y por radiactividad en el kilómetro más bajo aproximadamente). Los iones hacen que el aire sea débilmente conductor; diferentes lugares y condiciones meteorológicas tienen diferente conductividad eléctrica . El buen tiempo describe la atmósfera alejada de las tormentas eléctricas, donde fluye esta débil corriente eléctrica entre la ionosfera y la tierra. [7]
Medición
Los voltajes que intervienen en el circuito de la Tierra son significativos. A nivel del mar , el gradiente de potencial típico con buen tiempo es de 120 V/m. No obstante, como la conductividad del aire es limitada, las corrientes asociadas también lo son. Un valor típico es de 1800 A en todo el planeta. Cuando no llueve ni hay tormenta, la cantidad de electricidad en la atmósfera [ aclaración necesaria ] suele estar entre 1000 y 1800 amperios. Con buen tiempo, hay alrededor de 3,5 microamperios por kilómetro cuadrado (9 microamperios por milla cuadrada). [8]
Curva de Carnegie
La corriente eléctrica de la Tierra varía según un patrón diario llamado curva de Carnegie, causado por las variaciones diarias regulares en la electrificación atmosférica asociadas con las regiones tormentosas de la Tierra. [9] El patrón también muestra variación estacional, vinculada a los solsticios y equinoccios de la Tierra. Debe su nombre a la Institución Carnegie para la Ciencia .
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Referencias
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^ Harrison, R. Giles (1 de marzo de 2013). "La curva de Carnegie". Surveys in Geophysics . 34 (2): 209–232. Bibcode :2013SGeo...34..209H. doi : 10.1007/s10712-012-9210-2 . ISSN 0169-3298.
Enlaces externos
Medios relacionados con Circuito eléctrico atmosférico global en Wikimedia Commons
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