Como as descargas elétricas atmosféricas produzem chuvas torrenciais?

As descargas elétricas atmosféricas, também conhecidas como relâmpagos, são inegavelmente fascinantes e, para alguns, assustadoras. Existem vários tipos de relâmpagos, os mais comuns são os que ocorrem dentro da nuvem e os que conectam a nuvem e o solo (também chamados de raios). Este fenômeno é causado pelo rápido e intenso movimento de elétrons na atmosfera, produzindo temperaturas 5 vezes mais quentes do que a superfície do sol ao redor do canal da corrente. O rápido aumento da temperatura provoca uma abrupta expansão do ar que, como consequência, produz ondas sonoras conhecidas como trovões.

Este movimento de elétrons é resultado de um processo maior chamado de eletrificação de nuvens de tempestade. Quando nuvens do tipo cumulonimbus atingem um estágio de maturação avançado, as temperaturas podem alcançar -80ºC no topo. Em altitudes da nuvem com temperaturas entre -15ºC e -25ºC existe uma grande concentração de água líquida, cristais de gelo e granizo que colidem e geram separação de cargas elétricas. A separação de cargas elétricas produz um campo elétrico e, quando essa separação de cargas elétricas é muito intensa, a rigidez dielétrica do ar é quebrada e um relâmpago nasce para diminuir ou neutralizar o campo elétrico.

Porém, a descarga elétrica atmosférica não se resume em equilibrar o potencial elétrico entre nuvem e ambiente. O relâmpago é capaz de produzir efeitos que ainda estão sendo estudados, como por exemplo, formação de aminoácidos que podem ter sido essenciais para o início da vida na terra; produção de óxidos nitrosos que podem auxiliar na nitrogenação do solo; aumento da produção de gotas de chuva. Este último efeito tem sido estudado desde o início dos anos 60 (Goyer, 1960; Semonin e Plumlee, 1966; Hortal e Caranti, 2012; Luo et al., 2016).

Evidências indicam que o movimento de pequenas gotículas de nuvem pode ser afetado pela atividade elétrica da tempestade. A trajetória dos hidrometeoros dentro da nuvem é função da força gravitacional, aerodinâmica e da força elétrica. Aparentemente, as pequenas gotículas de nuvem sofrem uma maior mudança na trajetória devido a sua baixa inércia.

A probabilidade de colisões entre pequenas gotículas de nuvem é muito baixa e, geralmente, elas crescem pela condensação (mudança do estado gasoso pro líquido). Porém, este processo de crescimento é muito lento e isso “atrasa” a formação de gotas de chuva. Durante a atividade elétrica da tempestade, o campo elétrico da nuvem tende a acumular estas gotículas em algumas regiões, assim, aumentando a concentração de gotículas e possibilitando que haja colisões e coalescência destas pequenas partículas. Ao coalescerem, as gotículas aumentam de tamanho rapidamente e podem precipitar como chuva.

Alguns estudos (Jayaratne e Saunders, 1984) apresentam uma teoria contrária, onde o relâmpago seria causado pela precipitação torrencial e não o inverso. Porém, inúmeros trabalhos laboratoriais e observacionais já comprovaram que a atividade elétrica das nuvens gera o aumento na produção de gotas. Moore et al. (1964), por exemplo, observou que 30 segundos após uma descarga elétrica as gotículas de nuvem aumentam em até 100 vezes o seu tamanho e a precipitação se intensifica. Mais recentemente, os trabalhos de Hortal e Caranti, (2012) e Luo et al. (2016) também apontam para a mesma linha de pensamento e comprovaram que atividade elétrica é um iniciador de intensas precipitações.