La extinción de los Ignis Fatuus
Quim. Nova, Vol. 46, No. 2, 168-170, 2023
Antonio C. Pavãoa*., Gerson S. Paivaa y Cristiano C. Bastosb
aDepartamento de Química Fundamental, Universidade Federal de Pernambuco, 50740-560 Recife – PE, Brasil
bDepartamento de Química, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900 Recife – PE, Brasil
Recibido el 22/08/2022; aceptado el 14/10/2022; publicado en la web el 09/01/2023
Ignis fatuus, un fenómeno luminoso presenciado a lo largo de los siglos por observadores de todo el mundo, ya no se ve en los tiempos modernos, lo que sugiere que está extinto. Una explicación para esta desaparición se puede encontrar en la descripción del ignis fatuus como una llama fría de metano. A diferencia de una llama convencional, que genera grandes cantidades de calor, el ignis fatuus es una llama que brilla sin calor a través de un proceso de quimioluminiscencia. Su característico color azulado se debe a la emisión de formaldehído excitado, que se forma en la combustión lenta del metano. Generalmente se acepta que el fenómeno es una combustión espontánea del gas de los pantanos en contacto con el oxígeno del aire, pero un análisis de las energías involucradas en el proceso de la llama fría indica que el fenómeno no es espontáneo por naturaleza. Experimentos realizados en el siglo XIX muestran que se utilizan antorchas para encender el ignis fatuus. El abandono del fuego en favor de la iluminación nocturna podría guardar el secreto de este misterio de la extinción del ignis fatuus.
Palabras clave: ignis fatuus, fuego fatuo; metano; llama fría.
INTRODUCCIÓN
Ignis fatuus, Will-o’-the-Wisp, Jack-o’-Lantern, Shui têng, Hitodama, y Boitatá son solo algunos de los nombres utilizados para denominar un fenómeno luminoso presenciado durante siglos por observadores en varias partes del mundo. Aparece como una llama azulada pálida y generalmente se veía de noche en cementerios y pantanos y cerca de aguas estancadas, quietas y canales. El Ignis fatuus es material de leyenda y seducción, infundiendo miedo a quienes viajaban de noche, inspirando a poetas y artistas, y encendiendo debates entre científicos de renombre. Referencias antiguas al ignis fatuus aparecen en la literatura china. Hay registros de ‘linternas de agua (shui têng) en el Kuei Hsin Tsa Chih de Chou Mi (siglo XIII) , Li Shih-Chen (+1596) lo llama ‘llamas yang de los pantanos’ , y Phêng Ta-I (+1595)1 informa de luces en el agua en Shan Thang Sio Khao. También aparece en las obras de William Shakespeare en Enrique IV2, Johann Goethe en Fausto3, Emily Dickinson en Those-Dying Then4, Lewis Carroll en Euclid and his modern rivals5, Charlotte Brontë en Jane Eyre6 y otras, incluidas las conocidas historias de El Señor de los Anillos y Harry Potter7. En la música, aparece en los clásicos, Franz Liszt en el Estudio Trascendental N° 5 ‘Feux Follets’8, Franz Schubert en Winterreise9, y Frédéric Chopin en el Estudio en La Menor Op. 10, N° 210. En el folclore brasileño, el ignis fatuus tiene varias denominaciones, incluyendo João Galafoice, Cumadre Fulozinha, Mula sem Cabeça, Tocha, Fogo Corredor, Fogo Fátuo, y Boitatá , esta última derivada del idioma indígena Tupi mboî tatá y significa ‘serpiente de fuego’. En una de sus cartas, el colonizador europeo Padre José de Anchieta habla de un ‘fantasma con la forma de un ‘rayo brillante’ que ataca a los indígenas y los mata»11. Esta entidad en particular es un personaje del folclore brasileño que defiende la naturaleza contra el ataque de sus depredadores12.
Hoy en día, el ignis fatuus llama nuestra atención no por su mística natural, sino precisamente porque el fenómeno ya no se presencia. Considerando lo mucho que hemos avanzado en nuestra capacidad para observar y registrar fenómenos naturales, esta desaparición constituye un misterio13. Sin embargo, entender el ignis fatuus como una llama fría de metano puede proporcionar una explicación razonable para esta desaparición.
UNA LLAMA FRÍA DE METANO
Significando «fuego de los tontos» en latín, el ignis fatuus no es lo suficientemente brillante como para iluminar su entorno circundante y brilla ‘sin calor’, como señaló Isaac Newton14, quien distinguió el fenómeno de la llama de una vela o de la quema de madera. Joseph Priestley15 analizó relatos de ignis fatuus y encontró que ocurría durante una ‘noche oscura y tranquila’, emitiendo una ‘luz pálida e inofensiva’. En 1783, George Washington y Thomas Paine realizaron un experimento en el río Millstone para demostrar su hipótesis de que el ignis fatuus era producido por metano que emanaba de los pantanos16. Sostuvieron antorchas cerca del barro, donde vieron subir burbujas, momento en el que un destello de luz estalló sobre el agua. De manera similar, Louis Blesson, autor de relatos muy detallados del ignis fatuus, también empleó antorchas para producir llamas en las burbujas de aire que se elevaban de las marismas en el Bosque Gorbitz, Newmark, y otras localidades en Alemania17.
El gas de los pantanos se compone de aproximadamente dos tercios de metano18,19, un producto que surge de la descomposición bacteriana anaeróbica de celulosa y proteínas en la vegetación. Si bien la combustión de metano en el aire generalmente produce llamas calientes, también puede producir llamas frías20,21. A diferencia de las llamas convencionales, que generan grandes cantidades de calor, dióxido de carbono y agua, las llamas frías resultan de un proceso de combustión lenta. En 1817, Humphry Davy22 observó llamas frías insertando un alambre de platino caliente en una mezcla de aire y vapor de dietil éter. Según Davy, ‘Cuando el experimento sobre la combustión lenta del éter se realiza en la oscuridad, se percibe una luz fosforescente pálida sobre el alambre…’. Harry Emeléus23 registró el primer espectro de emisión de baja intensidad y baja temperatura de la llama para diferentes combustibles, que incluían éter, aldehídos y hexano. Vladimir Kondratiev24 identificó las bandas espectrales como idénticas a la fluorescencia de formaldehído en fase gaseosa. Una llama fría también se puede observar en el metano bajo ciertas condiciones. A presión atmosférica, la temperatura de la llama fría de metano está por debajo de 475 °C, mientras que la llama caliente ocurre a partir de 580 °C25. La llama fría de metano produce formaldehído excitado, o CH2O*, además de H2O2 y pequeñas cantidades de CO, H2, CO2 y H2O20. De hecho, el espectro de emisión de formaldehído, con picos a 350 nm y 400 nm23,26, corresponde al mismo color azulado pálido que el del ignis fatuus.
EL PROBLEMA DEL ENCENDIDO
Aunque la hipótesis de la llama fría de metano es bastante aceptable, un problema importante está relacionado con la ignición espontánea del gas de los pantanos. El geólogo británico Alan Mills27,28 atribuyó la autoignición del gas de los pantanos a la oxidación de la fosfina, que se produce en los procesos de biodegradación. Si bien la fosfina está presente en bajas concentraciones en el gas de los pantanos18,19, esta teoría no explica la ignición natural, ya que la oxidación de la fosfina o la difosfina en sí no son espontáneas en el aire29. Los químicos italianos Luigi Garlaschelli y Paolo Boschetti, ‘tras la pista del Will-o’-the-wisp’, lograron crear una llama fría y débil mezclando fosfina con aire y nitrógeno en ciertas proporciones30. Esas llamas frías eran de color verdoso. Por lo tanto, no se parecen al fenómeno natural, que emite luz azulada. Ningún otro componente del gas de los pantanos podría iniciar la combustión del metano. En 1776, Alessandro Volta consideró que la interacción entre la electricidad y el aire inflamable era la clave maestra para comprender el fenómeno del ignis fatuus. En consecuencia, tal interacción no solo podría dar cuenta del fenómeno del ignis fatuus, sino que también podría explicar varios ‘meteoros’31. Sin embargo, es importante separar el ignis fatuus de otros casos, como los meteoros luminosos. Además, no hay conexión del ignis fatuus con fuentes externas de electricidad. Para una mejor comprensión del problema del encendido, se realizó un análisis del mecanismo de reacción de la llama fría de metano. Las reacciones involucradas en la llama fría de metano y la formación de formaldehído se muestran en la Figura 1.
El primer paso es la oxidación del metano CH4 + O2 = CH3 + HO2. El radical CH3 se convierte en CH3O2 con adición de O2, y HCO a través de la reacción CH3 + O2 = HCO + H2O. Debido a la presencia de HO2, se produce CH3O2H por la reacción CH3O2 + HO2 = CH3O2H + O2. El formaldehído excitado CH2O*, que es responsable de la emisión azulada de la llama fría, se forma con la adición de HCO, CH3O2H + HCO = CH2O + CH3O2.20 Los cálculos de orbitales moleculares se realizaron al nivel de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) utilizando el funcional híbrido B3LYP y empleando el conjunto de bases 6-311G32. Dado que en el mecanismo de reacción intervienen moléculas simples, los resultados obtenidos con este nivel de teoría son fiables para el presente propósito. Las longitudes de enlace de las moléculas se tomaron de la base de datos experimental33. La optimización del estado intermedio en cada uno de los pasos se realiza aproximando las dos moléculas hasta que alcanzan la cima de la barrera de potencial. Como se muestra en la Fig. 1, la energía de activación de las reacciones químicas es más de cien kcal/mol (117.38 kcal/mol en el primer paso), lo que corresponde a temperaturas superiores a 250 °C. Esto significa que, en la naturaleza, se necesita una fuente extra de energía para encender la llama fría de metano. Es decir, el ignis fatuus no es la combustión espontánea del gas de los pantanos, como se ha argumentado durante años13,27.
CONCLUSIONES
Desde hace más de un siglo, no hay registros fiables de avistamientos de ignis fatuus como los reportados en el pasado. Los terrenos pantanosos ya no son comunes en el planeta, lo que podría explicar esta desaparición. Sin embargo, los pantanos todavía se conservan hoy en día, y hay cementerios y pantanos donde el metano se produce de forma natural. Se puede encontrar una explicación más adecuada al entender el ignis fatuus como una llama fría de metano, un fenómeno no espontáneo en la naturaleza que requiere ser encendido. Washington y Paine en Norteamérica16, junto con Blesson en Europa17, tuvieron éxito en sus esfuerzos por emplear antorchas que podían producir estas llamas en las burbujas de aire que se elevaban del pantano. Sus experimentos fueron valiosos para proporcionarnos una comprensión de los muchos avistamientos de ignis fatuus en el pasado, cuando las antorchas y lámparas se usaban comúnmente para guiar a los viajeros de noche a través del bosque. Parece que el ignis fatuus no es compatible con la época de las linternas ‘frías’, los vertederos de pantanos y la contaminación lumínica. Aunque la ignición artificial de gases por parte de los humanos es una explicación razonable, el misterio de la extinción del ignis fatuus puede no estar completamente resuelto. Las energías de activación pueden superarse con catalizadores que existen en el aire en forma de polvo, microorganismos y contaminantes. En los cementerios, por ejemplo, existen ciertas circunstancias diferentes a las de los pantanos que pueden requerir otras alternativas químicas para explicar el fenómeno. Por lo tanto, parece prematuro proclamar la extinción del ignis fatuus. En cualquier momento, alguien puede, ya sea de forma accidental o planificada, anunciar el regreso del ignis fatuus, esta vez ya no para engañar a la gente, sino quizás para seguir inspirando a artistas e intrigando a científicos.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo utilizó recursos del Centro Nacional de Procesamiento de Alto Rendimiento de São Paulo (CENAPAD-SP). Agradecemos a Cavani Rosas, Atelier Recife, Brasil, por la pintura a tinta y pluma del resumen gráfico.
Figura 1. Mecanismo de reacción de la llama fría de metano. El formaldehído excitado (CH2O*), que es responsable de la emisión azulada de la llama fría, se forma en el último paso.
REFERENCIAS
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