Por Que Acontecem Os Raios E Trovoes

CRIANÇAS empinam papagaios em completa segurança. Benjamin Franklin empinou um e podia ter-se matado. As crianças se divertem. Franklin vivia perigosamente. Em 1752, fez voar um papagaio de seda durante uma tempestade de raios e trovões e obteve faíscas duma chave. As faíscas inofensivas poderiam ter sido um raio fatal. Em vez disso, o vôo do papagaio levou a um fim feliz - a invenção do pára-raios. Mas, muito tempo depois, o próprio relâmpago permaneceu um mistério.

Os passos para o entendimento começaram um século atrás, mas o entendimento completo ainda é evasivo. O relâmpago pode ocorrer dentro duma nuvem, de uma nuvem para outra, ou da terra para a nuvem. Mas, como se desenvolvem cargas positivas e negativas para iniciar a descarga? A teoria sustenta que isso acontece quando gotas de chuva e pedrinhas de gelo colidem com um nevoeiro de gotículas de água e cristais de gelo nesses espetaculares cúmulos-nimbos (nuvens de trovoadas) nuvens de vários quilômetros de altura, em turbilhão, com correntes de ar ascendentes e descendentes, elevando-se como cabeças de gigantescas couves-flores.

Concernente a tais atividades tumultuosas, um artigo sobre "A Eletrificação das Trovoadas", publicado na revista Scientific American, comenta: "A microfísica básica por trás deles permanece até hoje um problema negligenciado e não solucionado. A falta duma descrição microfísica da eletrificação estática é a brecha mais séria no entendimento da eletricidade da nuvem tempestuosa." Entretanto, o artigo realmente oferece uma analogia bem interessante: "O mecanismo físico fundamental pode muito bem estar relacionado com o que quer que faz com que os sapatos fiquem carregados quando a pessoa anda sobre um tapete, ou com que uma haste de vidro fique carregada quando friccionada contra um pedaço de lã."

Embora a origem dos relâmpagos nas nuvens de trovoadas ainda seja debatida, estes ocorrem com bastante freqüência. A revista Reader's Digest comentou o seguinte em seu artigo: "Neste exato momento, enquanto lê isto, aproximadamente 1.800 tempestades elétricas estão em progresso ao redor do mundo. Estão provocando cerca de 600 relâmpagos por segundo, dos quais 100 atingem a terra. Isto significa que aproximadamente 8,5 milhões de relâmpagos atingem o solo a cada 24 horas." O dado da Scientific American concorda de perto - 8 milhões.

O relâmpago propriamente dito ocorre como clímax dos seguintes eventos. Uma nuvem tempestuosa gera cargas negativas na sua parte mais baixa, o que induz uma carga positiva na superfície da terra abaixo dela. Esta carga positiva segue sob a nuvem, subindo por árvores, colinas, prédios altos, até por pessoas, tentando atingir a base negativa da nuvem. Quando a nuvem acumula o potencial de 100 milhões de volts - que pode chegar a 300 milhões de volts - sua energia transborda no que é chamado de lance líder. Sua trajetória é irregular e forma muitas ramificações na trilha descendente.

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Portando algumas centenas de ampères num entrecruzado de correntes tênues demais para os humanas enxergarem, o líder chega perto da superfície da Terra - à distância de 90 metros ou menos. Agora, a carga positiva na terra finalmente consegue transpor a brecha, encontra-se com o lance líder, e, com uma tremenda erupção de luz, ilumina a trilha deixada pelo líder e atinge a nuvem. Ao subir, preenche as ramificações laterais e os desvios errados, de modo a formar o padrão fulgurante de muitas ramificações que conhecemos - um relâmpago que parece descer da nuvem para a Terra, mas que realmente sobe da Terra para a nuvem. Imediatamente após este lampejo inicial, porém, o relâmpago e o líder correm repetidamente para cima e para baixo, entre a nuvem e o solo. Um relâmpago típico produz três ou quatro de tais descargas, mas a Scientific American relatou um que produziu 26!

O relâmpago produz o trovão, um dos sons mais altos da natureza. Mas, como pode um relâmpago que produz um estrondo de trovão, essencialmente instantâneo, gerar a prolongada seqüência de sons que estrondeia e ribomba, troa e retumba, por vários segundos seguidos? Que o relâmpago causa um estrépito estrondoso não é mistério. O ar possui resistência elétrica, de modo que é aquecido pela passagem duma corrente elétrica, assim como se dá com um fio. O relâmpago aquece o ar circundante até cerca de 28.000 graus centígrados, fazendo-o expandir-se rapidamente como uma maciça onda de choque com a pressão de 10 a 100 atmosferas, que por sua vez logo se torna um estrondo sônico - o trovão. Visto que o som viaja muito mais lentamente que a luz, não é mistério que o trovão seja geralmente ouvido segundos depois de se ver o relâmpago.

"Pequenos Trovões" Fazem Grande Estrondo

Mas, por que será que os sons do trovão variam tanto em natureza? O relâmpago segue um trajeto sinuoso, mas muitos segmentos de comprimentos variados são relativamente retos. Cada um desses segmentos aponta numa direção diferente, tem um comprimento diferente, produz seu próprio som característico, e irradia seu som em ondas aproximadamente paralelas à sua própria orientação. Portanto, muitos "pequenos trovões" individuais de variados volumes e direções, se combinam para formar o total dos estrépitos, dos ribombos e das reverberações que ouve numa única grande e longa trovoada. Todos os pequenos trovões soam quase que simultaneamente, mas os mais próximos do ouvinte são ouvidos primeiro e o estrondo é mais alto, ao passo que outros, mais acima no relâmpago, acrescem suas contribuições mais tarde - quão mais tarde depende de quão distante estão. Assim, "o que é ouvido num ribombo de trovão", explica o artigo da Scientific American intitulado "Trovão", "depende em grande medida das características do relâmpago específico que o produziu".

Há muitas espécies de relâmpagos que produzem diferentes trovoadas, algumas ouvidas pelos humanos, outras não. Por exemplo, há relâmpagos chamados raio, faixa, forquilha, de calor, lençol, intranuvem, raio inesperado, e super-raio. Relâmpagos comuns descarregam cerca de um bilhão de watts, mas super-raios, raros relâmpagos recém-descobertos, descarregam de cem bilhões a talvez dez trilhões de watts!

O relâmpago realmente causa prejuízos. "Só nos EUA os relâmpagos causam anualmente cerca de 150 mortes e prejuízos em propriedades na ordem de US$ 20 milhões e provocam 10.000 incêndios florestais, que destroem o equivalente a US$ 30 milhões em madeira vendável, afirma Scientific American.

Fertilizantes Superiores, Baterias Globais

Entretanto, eles também são benéficos. Ao redor do mundo, oito milhões de relâmpagos rompem diariamente a atmosfera, ionizando o ar, criando óxidos de nitrogênio, que são dissolvidos na chuva e transportados para a Terra na forma de ácido nítrico diluído. Ali este transforma em solução os minerais necessários às plantas. Também, provê nitrogênio às plantas. Os agricultores acrescentam fertilizantes nitrogenados, dezenas de milhões de toneladas deles por ano - tanto que estes se tornam mortíferos para os organismos do solo, e ao escoarem matam animais e peixes em lagos, correntes e rios. Mas, a suave "água da chuva de trovoada" do relâmpago acrescenta nitrogênio fixado na quantidade certa, e, em testes comparativos, tem resultado em colheitas que produzem 50 por cento mais do que as obtidas com fertilizantes comerciais. "O relâmpago", afirma New Scientist, "talvez seja responsável por tanto quanto a metade do suprimento mundial de nitrogênio fixado, segundo dois químicos americanos. Isto constitui quase cinco vezes mais do que se pensava antes."

Também, as trovoadas formam as "baterias" que mantêm o circuito global. Nesse respeito, a Scientific American diz: "Entre a superfície da Terra carregada negativamente e a atmosfera carregada positivamente há uma diferença potencial constante de cerca de 300.000 volts. . . . Em geral, acredita-se agora que este 'potencial ionosférico' de 300 quilovolts é o resultado das cargas procedentes das trovoadas, que formam as 'baterias' do circuito global. Correntes elétricas de cerca de um ampère por tempestade ascendem dos topos positivos das nuvens de trovoada e retornam à terra nas regiões de tempo bom da atmosfera. . . . [Daí], uma corrente de um ampère tem de fluir da superfície da Terra para a base da nuvem. As correntes de chuva, a descarga elétrica e o relâmpago contribuem todos para esta transferência de carga."