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  Estudio Multidisciplinario de los Relámpagos del Catatumbo
  Creado el 24/11/2010
 

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


Otros investigadores: Dr. Prof. David Sierra-Porta (dsporta@cmc.org.ve), Prof. Xandre Chourio (xchourio@cmc.org.ve), Lic. Joaquín Díaz (jlobaton@cmc.org.ve), Ing. Alfredo Núñez, Ing. Piero Moretto, Prof. Jeanette Stock (jstock@cmc.org.ve), 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. Usar este conocimiento para resolver problemas concretos de la sociedad.


Estado: Activo


Nota: Favor citar el texto e imágenes de este documento como "Estudio Multidisciplinario de Los Relámpagos del Catatumbo. Centro de Modelado Científico (CMC) de La Universidad del Zulia. Disponible en http://cmc.org.ve/Catatumbo . 


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, más abajo) 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). Datos satelitales y de sensores superficiales indican que las descargas eléctricas tienden a ocurrir principalmente cerca de la desembocadura del Río Catatumbo, pero pueden presentarse en básicamente toda la cuenca del Lago de Maracaibo. Siendo la zona de aparición del evento de poco menos de 2.500 kmno 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 lo califican como el “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 3.700 y 1.500 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 el río Catatumbo.


Cuenca del Lago de Maracaibo, vista desde el Sur.


Figura 1. Cuenca del Lago de Maracaibo, vista desde el Sur. La región del Catatumbo se ha resaltado en púrpura, y los epicentros en naranja. Las alturas medias oscilan entre 1.500 y 3.700 metros sobre el nivel del mar. 


La ubicación geográfica, orografía, presencia de una fuente importante de vapor de agua y circulación de vientos en la zona hacen propicia la ocurrencia de tormentas eléctricas y otros fenómenos meteorológicos. Los Relámpagos del Catatumbo son, de todos estos, los más interesantes para el público y la comunidad científica. Investigaciones recientes del Centro de Modelado Científico de LUZ indican que los agentes climáticos causales se pueden dividir en locales y de gran escala.


Fenomenología de los Relámpagos del Catatumbo


La 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 evidencia que una zona bien diferenciada en el norte de Sudamérica posee la mayor densidad media anual de flashes (número de relámpagos por kilómetro cuadrado) de todo el globo terráqueo [Albrecht et al., 2009]. Esta región está ubicada en el occidente de Venezuela (Figura 2) 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 2). Los relámpagos presentan una evolución espacio-temporal (Figura 3) que sugiere que múltiples factores climáticos modulan la ocurrencia de descargas en la región del Catatumbo, entre ellos el llamado Jet de Vientos de Bajo Nivel del Caribe, los vientos alisios, la presencia del Lago de Maracaibo, la configuración montañosa de los Andes y Perijá, y otro Jet de Vientos Nocturno que ocurre en la Cuenca del Lago de Maracaibo (ver sección "Rol del Jet Nocturno de Bajo Nivel en el control de los Relámpagos del Catatumbo", más abajo). En la serie de tiempo de la densidad de flashes detectada para la zona de interés entre 1995 y 2013, pueden observarse mínimos anuales en Enero y máximos en Septiembre. Este comportamiento posee un comportamiento inverso al de la intensidad de los vientos meridionales (componente Norte-Sur de los vientos): 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 entre Mayo y Agosto la velocidad es prácticamente nula. En Septiembre los vientos meridionales en promedio apuntan al Norte, siendo sin embargo relativamente débiles. Para una discusión detallada ver [Muñoz et al, 2015].


Los datos satelitales permiten también identificar claramente dos epicentros de máxima actividad. El primero y más importante (Figura 2, panel derecho) está cerca de la desembocadura del Río Catatumbo. El segundo, mucho menos conocido, está justo en la frontera entre Venezuela y Colombia, ahí donde las montañas tienen una altura ligeramente más baja pero lo suficiente como para que los vientos fluyan desde y hacia la Cuenca del Lago de Maracaibo. La Figura 1 muestra estos epicentros en un modelo digital de elevación de terreno.


Localización Relámpagos del Catatumbo


Figura 2. Localización de los núcleos de mayor densidad de relámpagos (datos LIS-OTD). Procesamiento del CMC.


LIS-OTD


Figura 3. Evolución espacio-temporal del comportamiento de las descargas eléctricas en el Noroeste de Sudamérica (datos LIS-OTD). Procesamiento del CMC usando la IRI Data Library. Colores rojizos indican mayor densidad de descarga, mientras que azules-verdosos indican menores densidades. Los vectores muestran flujo de humedad.


¿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 los Relámpagos del Catatumbo regeneren 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 16-18 km. Ahí donde termina la tropósfera (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 22 días, por lo que no está claro cómo los Relámpagos del Catatumbo pueden regenerar la capa de ozono.            


Rol del Jet Nocturno de Bajo Nivel en el control diurno de los Relámpagos del Catatumbo


Empleando sofisticados modelos computacionales a muy alta resolución (4 km) es posible analizar la evolución del llamado Jet Nocturno de Bajo Nivel (NLLJ, por sus siglas en inglés). La siguiente animación (Figura 4) muestra imágenes de vientos a nivel de superficie, así como 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-Noreste. Para detalles, consultar Muñoz y Díaz-Lobatón (2012) [en castellano].


Vientos superficiales - Jet Nocturno de Bajo Nivel


Figura 4. Simulación computacional del comportamiento de los vientos de bajo nivel en la Cuenca del Lago de Maracaibo. Notar la formación del Jet Nocturno de Bajo Nivel hacia las 21Z (4.30pm HLV) cada día. Esta corriente en chorro de bajo nivel es un modulador fundamental de la ocurrencia de descargas eléctricas en la cuenca. Los colores muestran velocidad del viento.


La Figura 5 muestra un corte norte-sur de la Cuenca del Lago de Maracaibo, dividiendo el lago justo por la mitad (el norte queda hacia la derecha de cada panel, y el sur, con la Cordillera de los Andes, a la izquierda). Cada panel tiene la hora local identificada en la esquina superior izquierda, y muestra la intensidad y dirección de los vientos a distintas alturas. Colores en tonos azules indican que los vientos son predominantemente hacia el sur, mientras que tonos rojos indican vientos predominantemente hacia el norte. Comparar con el comportamiento de los vientos en la Figura 4 y Figura 6. El Jet Nocturno de Bajo Nivel es una especie de "marea de vientos" que controla la disponibilidad de humedad y energía disponible para generar tormentas eléctricas en la Cuenca del Lago de Maracaibo. El Jet Nocturno de vientos permite explicar por qué los Relámpagos ocurren precisamente entre la puesta del Sol y las 4am (siguen el mismo ciclo del Jet Nocturno).


Evolución diurna del Jet Nocturno de Bajo Nivel de la Cuenca del Lago de Maracaibo.


Figura 5. Corte Norte-Sur de la Cuenca del Lago de Maracaibo (Norte a la derecha, Sur a la izquierda; eje vertical es altura sobre el nivel del mar) mostrando la evolución diurna del Jet Nocturno de Bajo Nivel de la Cuenca del Lago de Maracaibo. Colores en tonos azules indican que los vientos son predominantemente hacia el sur, mientras que tonos rojos indican vientos predominantemente hacia el norte. La variación visible en los vientos cerca de la superficie es producida por vientos que entran y salen de la Cuenca del Lago de Maracaibo a distintas horas; esta especie de "marea de vientos", llamada Jet Nocturno de Bajo Nivel, controla la ocurrencia de los Relámpagos del Catatumbo, haciendo que se vean, en promedio, entre la puesta del Sol y las 4 am. Comparar con Figura 4.


 Jet Nocturno de Bajo Nivel


Figura 6. Simulación computacional con el modelo WRF-CMC de la evolución diurna del Jet Nocturno de Bajo Nivel de la Cuenca del Lago de Maracaibo. Colores en tonos azules indican que los vientos son predominantemente hacia el sur, mientras que tonos rojos indican vientos predominantemente hacia el norte. La variación visible en los vientos cerca de la superficie es producida por vientos que entran y salen de la Cuenca del Lago de Maracaibo a distintas horas; esta especie de "marea de vientos", llamada Jet Nocturno de Bajo Nivel, controla la ocurrencia de los Relámpagos del Catatumbo, haciendo que se vean, en promedio, entre la puesta del Sol y las 4 am. Comparar con Figuras 4 y 5.


¿Se escuchan los Truenos del Catatumbo?


Cuando ocurre un rayo, típicamente de unos 2 a 5 cm de diámetro, el aire que le rodea alcanza temperaturas de unos 39 mil oC. Esto produce una expansión violenta que genera una onda supersónica que no podemos escuchar. Luego de sólo 10 metros, esta onda se convierte en una onda de sonido que es lo que asociamos con los truenos. El sonido viaja más lentamente a mayores alturas, porque su rapidez depende de la temperatura del medio ambiente –es mayor cerca de la superficie terrestre que cerca de la nube–, de modo que se forma una especie de “cono de truenos” (ver figura en este cuadro). Para escuchar los truenos asociados a los Relámpagos del Catatumbo simplemente tenemos que estar a menos de 10-15 km de la nube de tormenta que los produce, porque la refracción atmosférica “dobla” el cono hacia arriba, alejando el sonido de la superficie. Escuchar truenos puede indicar que nuestra vida está en peligro, porque las tormentas pueden viajar muy rápidamente de un punto a otro; además los truenos pueden ser tan intensos que pueden causar sordera (120 decibeles, 10 veces más intenso que el sonido de un camión de basura).


Representación del cono de sonido formado por un rayo nube-tierra


¿Se pueden pronosticar los Rayos del Catatumbo?


Investigaciones recientes del CMC indican que efectivamente es posible realizar pronósticos fidedignos a distintas escalas de tiempo de la actividad electro-atmosférica en la cuenca del Lago de Maracaibo. En el siguiente vídeo, publicado por Elsevier (inglés), se presentan las conclusiones principales de estas investigaciones.



 



Relámpagos del Catatumbo y cambio climático


No hay suficiente información para indicar nada al respecto de los efectos del cambio climático en los Relámpagos del Catatumbo. En teoría, a finales de este siglo podría suceder que se viera menos frecuentemente a lo largo del año, pero con mayor actividad en los días en los que se aprecie. Sin embargo, las incertidumbres en los modelos de cambio climático son tan grandes que no es posible hasta el momento indicar nada con certeza.


10 cosas que todos debemos saber sobre los Relámpagos del Catatumbo



1.- Dado que tienden a ocurrir en grupos, más o menos localizados en distintos puntos en el Suroeste de la Cuenca del Lago de Maracaibo, lo correcto es hablar de los Relámpagos del Catatumbo, en plural.

2.- El Suroeste del Lago de Maracaibo posee la mayor densidad de descargas eléctricas (número de descargas por km cuadrado por año) del todo el planeta, según investigaciones independientes de la Universidad de Maryland y del Centro de Modelado Científico (CMC) de Universidad del Zulia. 

3.- Los Relámpagos del Catatumbo se forman básicamente de la misma manera que cualquier otro relámpago, aunque están modulados por agentes climáticos que afectan la zona en que ocurren. Son únicos porque la ubicación tropical de la cuenca del Lago de Maracaibo y su cercanía al mar Caribe, el Lago mismo como regulador de humedad, temperatura y brisas a lo largo del día y la noche, y sobre todo la configuración montañosa que ayuda a mantener la circulación de vientos en el Sur del Lago, se conjugan de manera especial para producir este fenómeno.

4.- La hipótesis del metano como agente causal de los Relámpagos fué sugerida entre 1998 y 2000 para tratar de entender qué los originaba. Hoy en día ese modelo microfísico se considera demasiado simple, y erróneo en algunos aspectos, como para explicar la ocurrencia de los Relámpagos del Catatumbo. Aunque fue un buen paso inicial en la comprensión de los procesos, y de hecho es posible que el metano juegue algún papel como agente co-causal, hoy en día tenemos evidencia de que otros procesos son mucho más importantes.

5.- Como es natural, los Relámpagos tienen su propio ciclo de actividad. Son más visibles en Octubre y Noviembre, y ocurren menos frecuentemente en Enero y Febrero, aunque puede vérseles a lo largo de todo el año (en número de días cambia de año a año, pero en promedio son unas 260 noches/año). Pueden desaparecer durante sequías pronunciadas, pero eso no significa que vaya a desaparecer para siempre. Tienden a ocurrir predominantemente entre las 7 pm y las 5am, lo cual está explicado en investigaciones recientes del CMC. Estas investigaciones indican que corrientes de vientos de baja altura interactúan entre sí para explicar cuándo y dónde ocurren más los Relámpagos.

6.- No hay suficiente información para indicar nada al respecto de los efectos del Cambio Climático en los Relámpagos del Catatumbo. En teoría a finales de este siglo podría suceder que se viera menos frecuentemente a lo largo del año, pero con mayor actividad en los días en los que se aprecie. Sin embargo las incertidumbres en los modelos de cambio climático son tan grandes que no es posible hasta el momento indicar nada con certeza.

7.- Es muy poco probable que los Relámpagos del Catatumbo sean los principales regeneradores de la capa de ozono del planeta. Aunque cada vez que se genera una descarga eléctrica ésta genera ozono en alguna cantidad, este gas es altamente inestable y tiende a transformarse en algún otro compuesto en cuestión de horas. El tiempo que le tomaría al ozono producido por los Relámpagos del Catatumbo para ascender hasta la capa de ozono es de como mínimo 6 meses, por lo que no vemos un mecanismo plausible para que contribuya a la regeneración de la capa de ozono planetaria. 

8.- Los Relámpagos del Catatumbo involucran no sólo los relámpagos de por sí, sino también los rayos o descargas eléctricas y los truenos que ocurren. La luminosidad de los relámpagos producidos por distintas tormentas en el Sur del Lago se aprecian desde lejos como si fueran de un solo fenómeno, por lo que a veces se les llama "El Faro de Maracaibo", y ha servido históricamente para orientar navegantes. Los rayos ocurren principalmente dentro de las nubes, aunque ocasionalmente suceden nube-tierra, los cuales causan importantes pérdidas humanas, de ganado y bienes materiales en la zona. Si se está lo suficientemente cerca de los Relámpagos del Catatumbo (a menos de 10-15 km) es posible escuchar sus truenos, como en cualquier otra tormenta eléctrica.

9.- ¿Por qué estudiar los Relámpagos del Catatumbo? No es importante únicamente en términos de satisfacer la curiosidad científica, sino que plantea soluciones concretas a problemas reales de la sociedad. Por ejemplo, entre los estudios más importantes del CMC se encuentra el desarrollo del primer "Sistema de Pronóstico de Descargas Eléctricas para la Cuenca del Lago de Maracaibo", que permitiría indicar con antelación no sólo si habrá una actividad eléctrica por encima de lo normal, sino proveer reportes y mapas en tiempo real de cuántas descargas, dónde están ocurriendo y a qué velocidad se están moviendo.

10.- Por más de una década el equipo interdisciplinario del CMC de LUZ ha venido aportando avances significativos con respecto a las investigaciones en los Relámpagos del Catatumbo, pero actualmente no se están desarrollando nuevos estudios debido a falta de recursos económicos. Quizá el estudio más crítico que ha de avanzarse hoy en día es el del Sistema de Pronóstico de Descargas Eléctricas, que involucra el resguardo de vidas humanas, animales e infraestructura.



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., 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. Muñoz, Á.G., Díaz-Lobatón, J., Chourio, X., Stock, M.J., 2015: Seasonal Prediction of Lightning Activity in North Western Venezuela: Large-Scale versus Local Drivers. Atmos. Res. doi:10.1016/j.atmosres.2015.12.018

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

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



 
   
Fuente: Eje de Geociencias del CMC  
 
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