Investigador Principal: Prof. Ángel G. Muñoz (agmunoz@cmc.org.ve)

Otros investigadores: Prof. Jeanette Stock (jstock@cmc.org.ve), Prof. Daniel Martinez, Prof. Marcial Stagg, Tnt. Cnel. A.B. Ramón Velásquez

Objetivos: Comprender la fenomenología, causas, energética y efectos de Los Relámpagos del Catatumbo, desde un punto de vista multidisciplinario.

Estado: Activo

Resumen

Los Relámpagos del Catatumbo son un conjunto de tormentas eléctricas que ocurren unas 260 noches al año en toda la cuenca del Lago del Maracaibo, en el occidente de Venezuela. Se le denomina Relámpago del Catatumbo porque avistándose desde lejos las distintas tormentas parecen ser una sola, tendiendo a ubicarse con mayor frecuencia cerca de la desembocadura del río Catatumbo, en el suroeste del Lago. Ocasionalmente se le denomina Faro de Maracaibo, ya que su permanencia en la zona ha servido de guía a navegantes, pescadores y viajeros desde la época de la Colonia.

Desde hace aproximadamente unos 500 años se ha venido reportando recurrentemente la aparición de este fenómeno electro-atmosférico de características singulares en una extensa zona (Figura 1) de más de 226.000 hectáreas ubicada en la costa suroeste del Lago de Maracaibo, Venezuela (ver por ejemplo [Zavrotsky, 1975] y referencias allí presentes). No hay evidencia observacional de que ocurra siempre en una misma ubicación, sino que los epicentros se encuentran dispersos a lo largo y ancho de la mencionada área [Stock, Martínez, Muñoz et al., 2011]. Siendo la zona de aparición del evento de poco menos de 2500 km²  no es de extrañar que los múltiples epicentros parezcan desde lejos un único fenómeno, visible, según algunos reportes [Centeno, 1968], desde el Mar Caribe. Este hecho le ha proporcionado al evento en cuestión fama más allá de las fronteras venezolanas, existiendo algunos investigadores que le califican del “primer faro natural del planeta” [Kawazaki-Muñoz, 2004].

La Cuenca del Lago de Maracaibo

La región de interés está dominada por dos fenómenos geográficos importantes (Figura 1). El primero consiste en la propia Cordillera de los Andes, que en Venezuela se divide en dos brazos bien definidos: la Cordillera de Perijá -que recorre la frontera colombo-venezolana en dirección Norte-Sur- y los "Andes Venezolanos" -que se extienden hacia el noreste hasta desaparecer frente al Mar Caribe. Con altitudes medias entre 3700 y 1500 metros, ambos brazos montañosos casi rodean completamente al segundo fenómeno: el Lago de Maracaibo, el mayor de Sudamérica. Con un área de casi 13 mil kilómetros cuadrados (unos 150 km en dirección N-S y 120 km en dirección E-O), el Lago de Maracaibo es alimentado por más de 135 ríos. El más importante es, con mucho, el río Catatumbo.

La ubicación geográfica, orografía, presencia de una fuente importante de vapor de agua y circulación de vientos en la zona hace propicia la ocurrencia de tormentas eléctricas y otros fenómenos meteorológicos. Los Relámpagos del Catatumbo son, con mucho, los más interesantes para el público y la comunidad científica.

Fenomenología de los Relámpagos del Catatumbo

Data satelital del Sensor de Imágenes de Relámpagos (LIS, en inglés) de la Misión de Medición de Precipitaciones Tropicales (TRMM, NASA) para todo el planeta Tierra (Figura 2) evidencia que una zona bien diferenciada en el norte de Sudamérica posee la mayor densidad media anual de flashes de todo el globo terráqueo [Albrecht, Goodman, Buechler et al., 2009; Stock, Martínez, Muñoz et al., 2011]. Esta región está ubicada en el occidente de Venezuela (Figura 3), en el estado Zulia, y específicamente los datos muestran la frecuencia de eventos cerca de la desembocadura del río Catatumbo, en la cuenca del Lago de Maracaibo (Figura 4). La serie de tiempo de la densidad de flashes (número de relámpagos por kilómetro cuadrado) detectada para la zona de interés entre 1995 y 2005 se aprecia en la Figura 5a. Se aprecian mínimos anuales en Enero y máximos en Septiembre (Figura 5b). Este comportamiento está anti-correlacionado con la intensidad de los vientos meridionales (componente N-S de los vientos), como se aprecia en la Figura 6: cuanto mayor la velocidad del viento que llega a la cuenca del Lago, menos actividad eléctrica se presenta. En Enero precisamente se tiene un máximo en los vientos alisios, y en la Figura 6 se muestra que entre Mayo y Agosto la velocidad es prácticamente nula. En Septiembre, de modo interesante, los vientos meridionales apuntan al Norte (valores positivos), siendo sin embargo relativamente débiles. Una descomposición de la serie de tiempo en sus componentes ortogonales empíricas se presenta en las Figuras 7 y 8. Este proceso a menudo ayuda a identificar los agentes físicos que intervienen en el comportamiento espacio-temporal del fenómeno. Para una discusión detallada ver [Muñoz, 2011]. Diremos aquí que investigaciones recientes del CMC sugieren que la cuarta componente principal (abajo a la derecha en las Figuras 7 y 8) podría identificarse con la fenomenología propiamente dicha de los Relámpagos del Catatumbo.

¿Regenerador de la Capa de Ozono?

Uno de los aspectos que mayor interés despierta hoy en día el Relámpago del Catatumbo se relaciona con la posibilidad o no de que el evento electro-atmosférico regenere la capa de ozono. Resulta un tema controversial toda vez que las tormentas eléctricas, si bien es cierto generan una cantidad de ozono (y NOx), se producen en la tropósfera, mientras que la capa de ozono se ubica en la estratósfera.  En efecto, mientras que usualmente la tropósfera alcanza unos 8 km de altura sobre el nivel del mar, para latitudes tropicales puede alcanzar hasta los 16 km. Ahí donde termina la tropósfera (siendo la interfaz la tropopausa) empieza la estratósfera que puede alcanzar hasta unos 50 km de altura. Para latitudes ecuatoriales la capa de ozono se encuentra entre los 24 y 28 km de altura, aproximadamente.

            Dado que la velocidad promedio de ascención de un glóbulo de aire es de unos 20-30 metros por día [Muñoz y Cubillán, 2005], el tiempo típico que le tomaría a un glóbulo de aire ascender desde la parte alta de la tropósfera hasta la altura de la capa de ozono se estima en por lo menos 6 meses. Sin embargo el tiempo de vida medio del ozono que se produce por las descargas eléctricas es del orden de horas, por lo que no está claro cómo los Relámpagos del Catatumbo pueden regenerar la capa de ozono.            

Simulaciones Computacionales en CMC

Empleando el modelo WRF (v3.1.1), a una resolución de 4km, la siguiente secuencia de imágenes de vientos a nivel de superficie muestra el comportamiento típico de la circulación de bajo nivel presente en la Cuenca del Lago de Maracaibo para principios de año. Aproximadamente a las 20Z (20h GMT, o 3.30pm HLV) de cada día los vientos superficiales (2 m de altura) poseen una dirección media que permite que se introduzcan en la Cuenca. Por las siguientes horas, los vientos serán lo suficientemente intensos como para impedir que el flujo proveniente desde el oriente venezolano interfieran en el patrón meridional (norte-sur) de corrientes que se han formado en la Cuenca. Hacia las 2Z (9.30pm HLV) los vientos en el Caribe comienzan a retomar su flujo medio zonal (del este hacia el oeste). Para entonces, la anomalía meridional (norte-sur) de vientos ha alcanzado el Sur del Lago de Maracaibo, pero al debilitarse el ingreso de corrientes del Caribe, el efecto de los vientos del oriente del territorio venezolano adquiere un papel más protagónico en la circulación media de la Cuenca. La vorticidad se incrementa en el sur del Lago hacia las 5Z (12.30am HLV), y ocurren zonas de convergencia de bajo nivel. A lo largo de la cordillera andina y la Sierra de Perijá confluyen vientos a distintas temperaturas. Para las 8Z (3.30am HLV) los vientos en el Caribe poseen un régimen laminar zonal (este-oeste) bien definido con velocidades medias por encima de los 12 m/s. Los mismos actúan ahora como una compuerta para el norte de la Cuenca del Lago de Maracaibo. La inyección de viento proviene en su mayoría del Este.

Algunas Referencias

1. Albrecht, R., S. Goodman, D. Buechler, and T. Chronis, “Tropical frequency and distribution of lightning based on 10 years of observations from space by the Lightning Imaging Sensor (LIS).” Preprints. Fourth Conf. on Meteorological Appli- cations of Lightning Data, Phoenix, AZ, Amer. Meteor. Soc, P2.12. 2009.


2. Centeno, M., Bol. Acad. Nac. Cs. Físicas, Mat. Y Natur., 28, 79, 353-365, 1968.


3. Díaz-Lobatón, J. y Muñoz, Á.G., Energética de El Relámpago del Catatumbo. Trabajo Especial de Grado. Depto. de Física de la Facultad de Ciencias de La Universidad del Zulia. 2011.


4.  Falcón, N., Pitter, W., Muñoz S., Á.G. , Barros, T., Viloria, Á. y Nader, D., Ciencia, 8,  2, 155-167, 2000.


5. Kawazaki, Z. y Muñoz S., Á.G., (conversación personal). 2004.


6.  Muñoz S., Á.G. et al., Memorias de la XXVIII Reunión de la RSEF, 2, 169-172, 2001.


7.  Muñoz S., Á.G., El Relámpago del Catatumbo. Resumen de Proyecto de Investigación, presentado a INPARQUES Zulia. Centro de Modelado Científico (CMC) de La Universidad del Zulia.  2004.


8. Muñoz S., Á. G., Cubillán, N., Torres, J. et al., Estudio Físico-Químico de un evento electroatmosférico en Venezuela: el Relámpago del Catatumbo. Centro de Modelado Científico (CMC) de La Universidad del Zulia. Proyecto de Investigación presentado al ICLAM y Corpozulia. 2005.


9. Muñoz, A.G., Resumen de Resultados sobre los estudios interdisciplinarios llevados a cabo por el Centro de Modelado Científico (CMC). Reporte interno. 2011.


10. Stock, M.J., D. Martínez Tong, Á.G. Muñoz, M. Stagg, R. Velásquez, “Lightning Activity in Northwestern Venezuela”, enviado a Meteorology and Atmospheric Physics (Ref MAP-S-10-00041). 2011


11.  Zavrostky, A., Revista Forestal Venezolana, 25, 15-26, 1975.


12.  Zavrostky, A., Carta Ecológica, 56, 5-15, 1991.