Porque é que os raios se movem em ziguezague e não, por exemplo, em linha reta? Um novo estudo oferece uma resposta para este mistério de longa data.
Não há quem nunca tenha visto um raio e não tenha ficado maravilhado com o seu poder. Mas, apesar da sua frequência — cerca de 8,6 milhões de raios ocorrem no mundo, todos os dias —, o motivo pelo qual avançam em ziguezague até à Terra permanece um mistério.
Existem alguns livros sobre os raios, mas nenhum deles explica como se formam esses “ziguezagues” (chamados degraus), nem como o raio consegue viajar por quilómetros. Mas um novo estudo oferece uma explicação.
Os intensos campos elétricos das nuvens carregadas agitam os eletrões até que tenham energia suficiente para criar o que conhecemos como “moléculas de oxigénio delta-singlete”.
Estas moléculas e eletrões acumulam-se para criar um degrau curto e altamente condutor, que se ilumina intensamente por um milionésimo de segundo.
No final do degrau, existe uma pausa enquanto ocorre novamente a acumulação, seguida por outro salto luminoso brilhante. O processo é repetido inúmeras vezes.
O aumento dos eventos meteorológicos extremos significa que a proteção contra raios é cada vez mais importante. Saber como se inicia a formação dos raios quer dizer que podemos descobrir como proteger melhor as construções, os aviões e as pessoas.
Além disso, embora o uso de compostos ecológicos nas aeronaves aumente a eficiência de combustível, eles aumentam o risco de danos causados pelos raios. Por isso, precisamos de procurar maior proteção.
O que causa os raios?
Os raios acontecem quando as nuvens carregadas com potencial elétrico de milhões de volts são conectadas à Terra. Uma corrente de milhares de amperes flui entre a Terra e o céu, com temperatura de dezenas de milhares de graus.
Fotografias de raios revelam inúmeros detalhes não observados a olho nu. Normalmente, existem quatro ou cinco “líderes” fracos que saem da nuvem. Eles são ramificados e ziguezagueiam num trajeto irregular em direção à Terra. O primeiro desses líderes a atingir a Terra inicia o raio. Os outros líderes são então extintos.
Há 50 anos, fotografias em alta velocidade revelaram ainda mais complexidade. Os líderes seguem da nuvem para baixo em “degraus” com cerca de 50 metros de comprimento.
Cada degrau fica brilhante por um milionésimo de segundo, mas depois existe escuridão quase completa. Depois de outros 50 milionésimos de segundo, forma-se um novo degrau, no final do anterior, mas os outros degraus permanecem escuros.
Porque é que existem esses degraus? O que é que acontece nos períodos de escuridão entre os degraus? E como é que os degraus podem ser conectados eletricamente à nuvem sem conexão visível?
As respostas a essas questões residem na compreensão do que acontece quando um eletrão carregado de energia atinge uma molécula de oxigénio. Se o eletrão tiver energia suficiente, ele agita a molécula, que fica no estado chamado de delta-singlete.
Trata-se de um estado “metaestável”, ou seja, ele não é perfeitamente estável, mas normalmente não cai para um estado de energia inferior por cerca de 45 minutos.
O oxigénio nesse estado delta-singlete separa os eletrões (necessários para o fluxo da eletricidade) de iões de oxigénio negativos. Esses iões são então substituídos quase imediatamente pelos eletrões (que carregam carga negativa), ligando-se novamente a moléculas de oxigénio.
Quando mais de 1% do oxigénio do ar estiver no estado metaestável, o ar pode conduzir eletricidade. E os degraus dos raios ocorrem quando são criados estados metaestáveis suficientes para separar um número significativo de eletrões.
Durante a parte escura do degrau, a densidade dos estados metaestáveis e dos eletrões aumenta. Após 50 milionésimos de segundo, o degrau pode conduzir eletricidade — e o potencial elétrico na extremidade do degrau aumenta até aproximadamente o da nuvem, produzindo um novo degrau.
As moléculas agitadas criadas nos degraus anteriores formam uma coluna até à nuvem. Todas as colunas são então condutoras de eletricidade, sem necessidade de campo elétrico e com pouca emissão de luz.
ZAP // The Conversation
