Una nube en forma de hongo es un tipo de nube con una forma característica: es una nube de pirocúmulos en forma de hongo que consiste en vapor de agua condensado o escombros resultantes de una explosión muy grande. Se asocian con mayor frecuencia con explosiones atómicas ("hongo atómico"), pero cualquier explosión lo suficientemente grande produce el mismo tipo de efecto, como una explosión volcánica .
Las nubes en forma de hongo se forman como resultado de la formación repentina de una gran masa de gases calientes y de baja densidad cerca del suelo, creando inestabilidad Rayleigh-Taylor . La masa de gas aumenta rápidamente, lo que resulta en vórtices turbulentos que descienden hasta sus bordes. Esto forma un anillo de remolino y la apariencia de una columna de humo. La masa de gas finalmente alcanza una altitud en la que su densidad es igual a la del aire ambiente; por tanto, se dispersa y los escombros caen.
Aunque el término nube en forma de hongo apareció a principios de la década de 1950, el fenómeno se conoce desde hace más tiempo. Por ejemplo, durante la Gran Explosión de Halifax del barco francés Mont-Blanc , el6 de diciembre de 1917, se ha informado sobre una nube de este tipo. La1 er de octubre de 1937, The Times publica un artículo en el que se describe el ataque a Shanghai por parte de los ejércitos japoneses y donde también se menciona "las explosiones generaron grandes setas de humo".
Durante la Segunda Guerra Mundial, las explosiones de hongos se describen comúnmente. Durante el segundo lanzamiento de la bomba atómica en Nagasaki , Japón, el9 de agosto de 1945, The New York Times publica una descripción de William L. Laurence , el reportero oficial que acompaña el vuelo, donde escribe que la explosión va acompañada de "una columna de fuego púrpura de la que emergió en la parte superior un hongo gigante dándole una altura de 45.000 pies (13.716 m) ”. En 1946, durante las pruebas nucleares de la Operación Crossroads , la nube fue descrita como una coliflor y un hongo, y el reportero la convirtió en un símbolo de la era atómica .
Las nubes en forma de hongo no son exclusivas de las detonaciones nucleares. De hecho, es un pirocumulonimbo que puede aparecer con cualquier explosión (por ejemplo, durante el accidente ferroviario de Lac-Mégantic el6 de julio de 2013), con un incendio forestal, en un sitio de demolición por implosión o incluso sobre un fuego para cocinar. La detonación en sí misma provoca una onda de choque que produce una caída de presión en el lugar de la explosión y una nube de condensación en forma de bola. Desde el centro de la bola, el aire sobrecalentado se eleva como un globo de aire caliente formando una burbuja convectiva .
El aumento de esto crea una inestabilidad Rayleigh-Taylor dando una corriente ascendente que succiona el aire ambiental como en una chimenea. En la cabeza de la nube, los gases calientes giran en un vórtice toroidal. Cuando la detonación está cerca del suelo, sin estar sobre él, el flujo que ingresa a la columna se llenará de escombros y polvo que se irán distribuyendo en el tronco de la nube a medida que asciende. Cuando el aire alcanza el nivel de equilibrio convectivo , el empuje vertical se invierte. Si la bola de fuego es de dimensiones del orden de la altura de la escala (presión en la parte superior igual a 1 / ésima de la de la base) y muy baja densidad en comparación con el entorno, su movimiento será balístico superando con creces el nivel de equilibrio. Para burbujas más pequeñas y frías, la parte superior estará más cerca de un equilibrio adiabático por encima de este nivel.
Cuando la velocidad de ascenso cae a cero, la nube alcanza su punto máximo y se extiende en forma de hongo con los fuertes vientos. Si la corriente ascendente permite alcanzar la tropopausa muy estable (en el caso de explosiones nucleares), la nube entra en una capa por donde pasan las corrientes en chorro y se extenderá sobre un diámetro muy grande. Si la energía es suficiente, la nube puede llegar incluso a la estratosfera . En este caso, se produce la formación de ondas de gravedad acústicas idénticas a las asociadas a una intensa nube de cumulonimbus . Para explosiones más pequeñas, las ondas tienen una frecuencia más alta en el infrasonido .
La bola de gas formada por la explosión está tan caliente que resplandece de color blanco. A medida que asciende, pierde calor y su temperatura disminuye y pasa por diferentes colores según la ley del cuerpo negro : amarillo, rojo, etc. A medida que el aire se enfría, el vapor de agua contenido en la nube puede condensarse, formando gotitas, luego se congela, formando cristales de hielo . La liberación de calor latente aumenta la altura de la cima de la nube.
Las explosiones nucleares que ocurren en la altura no forman nubes en forma de hongo. La cabeza de la nube formada contiene nucleidos , especialmente los resultantes de la fisión nuclear , y los vientos la dispersan rápidamente. Esto da lugar a la lluvia radiactiva , que se concentra especialmente en caso de precipitación .
Las detonaciones subterráneas o submarinas profundas tampoco producen hongos ya que la explosión vaporiza una gran cantidad de suelo / agua que cae sobre el núcleo de la bomba. Por otro lado, los que están cerca de la superficie del mar producen un géiser que tomará la forma de una coliflor cuando caiga, como en las imágenes de la prueba Crossroads Baker . Aquellos que están debajo del suelo producen un hongo y una nube piroclástica . La cantidad de material radiativo liberado a la atmósfera disminuye con la profundidad de la explosión.
Las explosiones en la superficie o en altura producen una cantidad de escombros que se arroja a la altura. Esto disminuye con la altura sobre el suelo de la detonación. Por lo tanto, un cráter de hundimiento solo se forma si la altitud es inferior a 7 metros por kilotonelada de potencia de bomba, lo que limita el suministro de escombros en el elevador. La altura de caída, por encima de la cual los nucleidos son solo partículas finas de condensación de vapor, es de unos 55 metros por kilotonelada. Sin embargo, la lluvia radiactiva se puede formar de otras formas. Por tanto, la distribución de la radiactividad en el hongo varía con la potencia de la explosión, el tipo de arma, la relación fusión / fisión, la altitud de la explosión, el tipo de terreno y el clima. En general, en detonaciones débiles el 90% de la radiactividad se encuentra en la cabeza del hongo y el 10% en el tronco. Por el contrario, las bombas de megatones tienen la mayor parte de su material radiactivo en el primer tercio del hongo. A veces se producen dos hongos a distintas altitudes: el de la explosión y otro secundario por el calor desprendido del cráter de hundimiento.
Una nube en forma de hongo de una detonación nuclear pasa por diferentes fases:
Una vez formado, el hongo adquiere tonos rojizos debido a la presencia de dióxido de nitrógeno caliente y ácido nítrico , formado a partir de la reacción química del aire y el vapor de agua en la atmósfera. Se estima que se producen 500 toneladas de compuestos nitro por cada megatón de potencia de bomba, lo que afecta localmente a la capa de ozono . Con el enfriamiento, el vapor de agua que se eleva en la columna se condensa y se mezcla con los desechos para dar un blanco lechoso mezclado con negro. El ozono también se forma y da un olor característico parecido a una corona . Debido al calor, el vapor de agua eventualmente se evapora y la nube se vuelve invisible pero las partículas permanecen suspendidas en el aire.
El tronco es de color marrón grisáceo por los escombros cuando la explosión está cerca del suelo. Algunos de estos se vuelven radiactivos y se agregan a los isótopos de la propia bomba. El tronco es de color blanco lechoso para explosiones en altura debido a la condensación del vapor de agua.
El principal peligro es el impacto de la radiación gamma de los radioisótopos de corta vida. En 24 horas se han atenuado 60 veces y los isótopos de vida más larga, especialmente el cesio-137 y el estroncio-90 , ingresan a la cadena alimentaria y son fuente de problemas a mediano y largo plazo. La radiación beta de algunos radioisótopos provoca quemaduras extremas después de la explosión y, si se ingiere, produce dosis internas de radiación que provocan cáncer.
La irradiación de neutrones del aire produce poco material radiactivo, principalmente carbono 14 con una vida media larga y argón 41 con una vida media corta. En el agua de mar, sin embargo, conducen a la producción de sodio 24 , cloro 36 , magnesio 27 y bromo 80, así como bromo 82 . Los neutrones también producen aluminio 28 , silicio 31 , sodio 24, manganeso 56 , hierro 55 y 59 y cobalto 60 a partir del suelo irradiado, durante las pruebas de superficie aérea o subterránea.