RAIOS, ORIGEM DOS RAIOS E TROVÕES

Raio e trovões

Raio é uma descarga elétrica luminosa visível que se produz entre uma nuvem e a superfície terrestre. Atualmente sabe-se que os raios são fenômenos elétricos produzidos por diferenças de potencial na atmosfera, com energia suficiente para superar a resistência do ar. Na atmosfera da Terra e de outros planetas, como Júpiter, os raios restabelecem o equilíbrio elétrico entre as nuvens e o solo, transmitindo de modo explosivo as cargas elétricas acumuladas num determinado ponto.

Nas mitologias indo-européias, o raio era um atributo divino, com o qual deuses poderosos, como o grego Zeus, manifestavam sua ira e fulminavam heróis e humanos que se opunham a seus desígnios. Hoje a ciência estuda os raios para proteger de seus efeitos as aeronaves e construções.

Desde a antiguidade os efeitos devastadores dos raios sobre a terra deram-lhes um aspecto mágico e ameaçador, que transparece em lendas e mitos de sociedades primitivas. Foram provavelmente os incêndios provocados por raios que deram ao homem o conhecimento e a posse do fogo.

Até o século XVIII, quando tiveram início os estudos sobre a eletricidade, ainda não havia uma explicação convincente para o fenômeno dos raios e tempestades. Foi o americano Benjamin Franklin quem comprovou a hipótese da origem elétrica dos raios. Franklin concebeu o pára-raios para proteger casas e prédios da ação da eletricidade atmosférica. O dispositivo consiste numa haste metálica alta, ligada ao solo por um fio condutor de eletricidade, que atrai os raios e os canaliza para a terra a fim de evitar seus efeitos destrutivos.

Os raios são manifestações típicas das tempestades elétricas e podem ocorrer na ausência ou presença de chuvas, mas quase sempre associados a nuvens do tipo cúmulo-nimbo. Também podem se manifestar, no entanto, em nuvens do tipo nimbo-estrato, em tempestades de neve ou de areia, ou ainda em erupções vulcânicas, sempre que haja um acúmulo de cargas elétricas em nuvens de gotículas de água, cristais de gelo, poeira ou cinza vulcânica. Durante uma tempestade, a descarga elétrica pode ocorrer no interior de uma nuvem, entre nuvens, entre uma nuvem e o ar, ou entre uma nuvem e o solo. Só ao último caso dá-se o nome de raio; todos eles, porém, são chamados relâmpagos.

Trovão

A passagem da descarga elétrica pelo ar provoca grandes estrondos, os trovões. Como as ondas luminosas se propagam com velocidade muito maior que as ondas sonoras, os raios sempre são vistos antes que se ouça o estrondo do trovão. O intervalo de tempo decorrido entre o raio e o trovão varia em relação direta com a distância que separa o observador do fenômeno.

Origem dos raios

As tempestades elétricas ocorrem sempre que há grande instabilidade térmica na atmosfera. Uma região atmosférica instável acentua de forma crescente e acelerada qualquer perturbação existente ao redor. Desse modo, pequenas diferenças de temperatura numa camada atmosférica criam um movimento vertical de massas de ar, já que o ar frio é mais pesado que o ar quente. Se a variação de temperatura se mantém ou aumenta nas camadas superiores, a corrente de ar ascendente se desloca a maiores velocidades, já que o ar frio dos níveis mais altos desce com grande velocidade. Em sua trajetória, as gotículas de água ou partículas de gelo imersas em ambas as massas de ar se atritam e eletrificam. Uma grande carga elétrica então se acumula nas nuvens e, se o ar circundante também estiver eletricamente carregado, podem-se produzir descargas aéreas a partir da nuvem.

As cargas no interior de uma nuvem se distribuem possivelmente da seguinte maneira: uma grande carga positiva na região mais alta, uma grande carga negativa abaixo e, na parte mais baixa, uma pequena carga positiva. O brilho do raio que parte da nuvem para o solo tem origem na neutralização das pequenas cargas positivas da parte mais baixa.

Um raio entre a nuvem e o solo envolve duas descargas. Num primeiro momento, a carga negativa passa da nuvem para o solo sem produzir muita luminosidade, mas com várias ramificações a partir da trajetória principal. Em alguns casos, especialmente quando se trata de estruturas muito altas, como torres de igreja, edifícios e grandes árvores, a primeira descarga pode partir do solo para a nuvem. Quando a descarga principal se aproxima do solo, induz uma carga oposta e concentrada no ponto de recepção, o que faz com que uma descarga positiva retorne do solo para a nuvem, seguindo a mesma trajetória. As duas descargas geralmente se encontram a uma altura de cerca de cinqüenta metros do solo. Nesse ponto de junção, a nuvem entra em curto-circuito, e uma descarga negativa muito luminosa, de alta intensidade de corrente elétrica, denominada descarga de retorno, prossegue na mesma trajetória em direção ao solo.

Todo o processo é muito rápido: a descarga principal atinge o ponto de encontro ou o solo em cerca de vinte milésimos de segundo, e a descarga de retorno dura cerca de setenta milionésimos de segundo. A ocorrência típica de um raio envolve uma diferença de potencial entre a nuvem e o solo de centenas de milhões de volts, com correntes máximas da ordem de vinte mil ampères. As temperaturas na trajetória do raio chegam a 30.000 K (cerca de 27.500°C).

Em seu caminho para o solo, o raio segue linhas de mínimo potencial, tal como previsto pela teoria da eletricidade. Em cada ponto de seu trajeto, busca a direção que apresente menor resistência à passagem da corrente elétrica. É por esse motivo que o raio segue o caminho mais curto até a superfície terrestre, o que se pode observar em sua trajetória vertical, ainda que ziguezagueante. Isso explica também porque os raios atingem geralmente lugares altos, pontiagudos e ricos em material metálico, que conduzem melhor a eletricidade.

A enorme energia liberada num raio ocasiona grandes estragos em objetos que apresentem resistência à passagem de corrente elétrica, enquanto os materiais condutores transmitem a carga diretamente para a terra, sem sofrer danos. Baseando-se nesse fato, constroem-se dispositivos de proteção para resguardar pessoas, construções e amplas áreas urbanas. Isso se faz mediante a instalação de pára-raios nos pontos mais elevados, como o alto de prédios e torres.

Pesquisas modernas

Na década de 1980, a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) iniciou um programa de pesquisas científicas com o objetivo de desenvolver meios de proteger aeronaves e foguetes contra as descargas atmosféricas. Os cientistas criaram um método engenhoso para obrigar os raios a caírem exatamente sobre seus instrumentos de mediação. No cabo Canaveral, nos Estados Unidos, pequenos foguetes, arrastando fios metálicos presos ao solo, foram lançados contra nuvens de tempestade. Os fios serviam de condutores para as descargas elétricas. Um avião a jato F-106 também foi adaptado para voar através de temporais, com o objetivo de pesquisar a eletricidade atmosférica. Essas pesquisas permitiram desenvolver novos pára-raios e sensores que detectam o acúmulo de cargas elétricas nas nuvens.

No Brasil, as pesquisas sobre raios são feitas com a ajuda de balões de sondagem lançados pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), de São José dos Campos SP. Devido a seu clima tropical e extenso território, o Brasil registra a maior ocorrência de raios em todo o mundo.