De onde vem a eletricidade das tempestades?

Relâmpago, um fenômeno que dura apenas uma fração de segundo com uma complexidade de intrigar a comunidade científica. A eletrificação da nuvem, evento que antecede o relâmpago, causa discussão no meio acadêmico.

Davi Moura Davi Moura 08 Dez. 2018 - 12:03 UTC
O Brasil recebe cerca de 50 milhões de descargas elétricas atmosféricas por ano.

Para que uma nuvem se torne eletricamente carregada é necessário que ocorra separação de cargas elétricas. Portanto, as partículas que compões a nuvem devem possuir cargas elétricas positivas ou negativas. A discussão científica gira em torno da seguinte pergunta: como as partículas da nuvem se tornam eletricamente carregadas? No último século, três principais teorias foram discutidas: convectiva, indutiva e não-indutiva.

Teoria convectiva

    Na teoria convectiva, a eletrificação da nuvem de tempestade ocorre pelo acúmulo de íons positivos na base da nuvem que são transportados verticalmente pelas correntes ascendentes. Os íons positivos ascendem até o topo da nuvem. Nesta região, os íons positivos atraem íons negativos do ambiente que acabam penetrando nas bordas laterais da nuvem pelo entranhamento. O ar entranhado é mais frio e denso em relação ao ar da nuvem e, portanto, produz movimentos descendentes, transportando os íons negativos para a base da nuvem. A nuvem se torna, então, polarizada.

    Esquema da teoria convectiva. Fonte: Sauders, 2008.

    Apesar de os movimentos verticais serem importantes para a separação de cargas em nuvens convectivas, a teoria convectiva parece ter um grande problema com relação aos íons positivos abaixo da base da nuvem. Para que isto ocorra, seria necessário que previamente já houvesse ocorrido um carregamento elétrico de nuvem na região. Portanto, a teoria convectiva normalmente é descartada como um mecanismo inicial de eletrificação das nuvens (SAUNDERS, 1993).

    Teoria indutiva

    A teoria indutiva sugere que a polarização da nuvem depende da pré-existência de um campo elétrico vertical. Este campo elétrico atua polarizando as partículas da nuvem. Quando uma partícula pequena, que sobe pela corrente ascendente, se choca com uma partícula grande, que está em queda na nuvem, há uma neutralização de cargas. Após a neutralização, as partículas seguem sua trajetória eletricamente carregadas. As colisões ocorrem entre as partículas sólidas e, portanto, são partículas de gelo. Partículas líquidas tendem a coalescer após uma colisão.

    Segundo Christian et al. (1980), a teoria indutiva contém lacunas no processo de eletrificação e seria improvável para explicar as primeiras descargas elétricas de uma tempestade. Os autores sugeriram que outros processos devem ocorrer para explicar os altos valores de cargas nas partículas de granizo.

    Teoria não-indutiva

    A teoria não-indutiva é a mais aceita pela comunidade científica atualmente. Também conhecida como teoria Reynolds-Brook-Gourley, foi proposta por Reynolds et al. (1957) e sugere que a nuvem de tempestade gera separação de cargas elétricas pelo choque entre partículas de gelo sem a necessidade da pré-existência de um campo elétrico.

    Reynolds et al. (1957) fez experimentos em laboratório para compreender o processo de eletrificação de nuvens de tempestade. Foi pioneiro neste tipo de estudo, onde a eletrificação da nuvem não envolvia fatores externos. Os autores observaram que o choque entre partículas de granizo e de cristal de gelo geravam separação de cargas e eletrificavam a nuvem.

    Exemplificação da tripla polarização de nuvens de tempestades de acordo com a teoria Reynolds-Brook-Gorley. Fonte: Nota de aula adaptada da Universidade do Arizona, 2015.

    A transferência de carga ocorre devido à troca de massa durante o choque entre as partículas de gelo. Para regiões da nuvem com temperaturas abaixo de -15ºC, o granizo fica carregado negativamente e o cristal de gelo fica carregado positivamente após a colisão. Em regiões da nuvem com temperaturas acima de -15ºC, o inverso ocorre. O resultado desta separação de cargas é uma polarização tripla da nuvem.

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