En fracciones de segundo, la energía devastadora de un rayo puede transformar la arena común en esculturas de vidrio retorcidas y ramificadas que parecen sacadas de otro mundo. Estas formaciones naturales, llamadas fulguritas, son testigos silenciosos del poder extremo de las tormentas eléctricas y ofrecen a los científicos pistas sobre procesos que ocurren a temperaturas imposibles de replicar fácilmente en laboratorios.
La formación instantánea de vidrio
Cuando un rayo impacta la arena, descarga hasta mil millones de voltios y genera temperaturas que superan los 30.000 grados Celsius, más calientes que la superficie del Sol. Esta energía masiva fusiona instantáneamente los granos de cuarzo, el componente principal de la mayoría de las arenas, transformándolos de sólido cristalino a líquido fundido. El proceso ocurre en microsegundos. El canal del rayo, típicamente de apenas 2 a 5 centímetros de diámetro, crea un camino de fusión a través de la arena. El vidrio fundido se solidifica casi inmediatamente al enfriarse, preservando la forma del canal eléctrico que lo creó. El resultado es una estructura tubular hueca, a menudo ramificada, que se extiende desde la superficie hacia abajo en la arena. Algunas son tubos delgados de apenas unos centímetros de longitud, mientras que otras pueden extenderse varios metros bajo tierra. El récord documentado es una fulgurita de más de 5 metros de longitud descubierta en el norte de Florida. El exterior de una fulgurita típicamente es áspero y cubierto con granos de arena parcialmente fundidos, mientras que el interior es liso y vítreo. El color varía según la composición de la arena: puede ser transparente, blanco, marrón, verde o incluso negro.
Fulguritas en roca: fulminitas
Aunque menos comunes que las fulguritas de arena, los rayos también pueden crear vidrio al impactar la roca sólida. Estas formaciones, llamadas fulminitas, se forman cuando el rayo funde la superficie de rocas que contienen sílice, como el granito o la cuarcita. Las fulminitas típicamente forman costras vítreas delgadas en la superficie rocosa en lugar de tubos penetrantes. El patrón de fusión puede revelar la trayectoria del rayo a través de la superficie, creando diseños dendríticos espectaculares que se asemejan a helechos o árboles congelados en vidrio. Los geólogos las utilizan para estudiar los procesos de fusión a alta temperatura que son difíciles de replicar en el laboratorio. Las condiciones extremas de su formación no tienen un equivalente experimental fácil. Los paleontólogos y geólogos especializados en clima antiguo estudian las fulguritas preservadas en capas sedimentarias antiguas para inferir niveles de actividad de tormentas en el pasado geológico. La presencia o la ausencia de fulguritas en diferentes capas puede indicar cambios en los patrones climáticos a lo largo de millones de años. Los físicos de plasma utilizan las fulguritas para comprender mejor cómo se comporta el plasma del rayo al interactuar con materiales sólidos. Las estructuras ramificadas preservadas en vidrio ofrecen evidencia física de procesos eléctricos que son efímeros y difíciles de observar directamente.
Experimentos modernos con fulguritas artificiales
Los científicos han intentado crear fulguritas artificiales en el laboratorio para estudiar el proceso de formación. Usando descargas eléctricas de alto voltaje en la arena, han producido estructuras similares a las fulguritas naturales, aunque generalmente más pequeñas. Estos experimentos han revelado detalles sobre cómo la composición de la arena, su humedad y su compactación afectan la formación de fulguritas. La arena más húmeda, por ejemplo, conduce la electricidad mejor y puede producir fulguritas más largas. La arena con mayor contenido de impurezas metálicas muestra patrones de fusión diferentes. Algunos experimentos han utilizado generadores de rayos artificiales, dispositivos que pueden producir descargas eléctricas controladas similares a los rayos naturales. Estos estudios ayudan a comprender los parámetros físicos exactos necesarios para la formación de fulguritas. Los rayos pueden impactar el mismo lugar múltiples veces, y las probabilidades de ser alcanzado por un rayo aumentan significativamente durante una tormenta activa. Los buscadores responsables esperan hasta que las tormentas hayan pasado completamente. Incluso entonces, excavar fulguritas requiere cuidado. Son extremadamente frágiles y se rompen fácilmente.