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.
Relâmpagos em super câmera lenta. #lightning pic.twitter.com/sKsYD8SCkm
— Davi Moura (@DaviMoura__) November 9, 2019
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.
Eletrocoalescência de gotículas em uma emulsão de óleo entre dois eletrodos planares paralelos. (a) t = 0 s; (b) t = 5 s; (c) t = 10 s; (d) t = 15 s; (e) t = 20 s; (f) t = 25 s; (g) t = 30 s; (h) t = 35 s; (i) t = 40 s. pic.twitter.com/vy8ugZsdpe
— Davi Moura (@DaviMoura__) November 9, 2019
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.
Um experimento realizado no MIT mostra uma câmara com pequenas gotículas em movimento sendo atraídas por um fio eletricamente carregado. O experimento comprova que a atividade elétrica pode gerar colisões e coalescência de pequenas gotículas. pic.twitter.com/fPsOR3Upod
— Davi Moura (@DaviMoura__) November 9, 2019
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.