Física das tempestades

Física das tempestades

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Normalmente, fortes chuvas são observadas uma ou duas horas após a formação das nuvens, enquanto pelo processo de condensação uma gotícula só atingiria um diâmetro de uma gota de chuva depois de aproximadamente um dia (VIANELLO & ALVES, 1991). Com isso, vemos que só o processo de condensação não é suficiente para explicar o crescimento das gotas, precisamos também de outro mecanismo que é explicado pela Teoria da Coalescência. Essa teoria explica o crescimento das gotas utilizando o conceito de velocidade terminal. As gotas menores têm uma menor velocidade ao caírem e acabam sendo “atropeladas” e incorporadas ou arrastadas pelas gotas maiores. Embora o processo coalescência seja lento, a princípio resultados experimentais mostram que as gotas atingem um diâmetro aceitável se comparado ao tamanho das gotas de chuva (300 µm), depois de, em média, 50 minutos. A Figura 4, a seguir, mostra o gráfico do crescimento das gotas por coalescência comparado ao crescimento por condensação.

Figura 4 – Crescimento de gotas por meio dos processos de condensação e coalescência.

Fonte: Adaptado de Barry, Roger Graham – Atmosfera, tempo e clima – 9ed. (2013).

2.2.2 Classificação das nuvens

Os principais fatores a serem considerados ao descrever uma nuvem são suas dimensões, sua forma, sua estrutura, sua altitude, sua luminância e cor. Elas são classificadas em famílias de acordo com a altura de sua base em relação ao solo.

A luminância de uma nuvem depende da quantidade de luz refletida, transmitida e difundida pelas partículas que a constituem. Já a cor da nuvem depende do comprimento da luz incidente, no caso mais comum quando suas partes são diretamente iluminadas ou quando o ângulo de incidência é pequeno vemos as nuvens com a cor branca ou acinzentada. Quando o disco solar se aproxima do horizonte, as nuvens mostram uma coloração progressivamente amarela, laranja e avermelhada. Logo após o ocaso e pouco antes do nascimento do Sol as nuvens próximas da superfície se encontram no cone de penumbra da Terra e ficam acinzentadas, enquanto as mais altas que ainda estão recebendo luz do Sol e estão avermelhadas, alaranjadas ou esbranquiçadas dependendo da altura em que se encontram (GASPARIN, BRESOLIN e FAVRETTO, 2013). As nuvens também possuem espessuras bastante variáveis. As de espessura reduzida, exceto nas ocasiões citadas acima ou quando há fumaça ou poeira entre elas e o observador, apresentam, normalmente, coloração branca. Já as nuvens mais espessas, geralmente apresentam porções escuras devido à sombra projetada por suas partes mais altas. As nuvens passeiam pelo céu e podem sofrer modificações se somando a outras nuvens ou até diminuindo de tamanho quando penetra em uma camada de ar quente e parte das gotículas que a compõem se evaporam.

No sistema internacional, as nuvens são classificadas por sua forma geral, estrutura, extensão vertical e em sua altitude (BARRY & CHORLEY, 2013). Essas características são usadas para definir dez grupos básicos (nimbostratus, stratus, Stratocumulus, cúmulus, cumolonimbus, altocumulus, altostratus, cirrocumulus, cirrostratus e cirrus), divididos em 3 famílias: nuvens altas, nuvens médias e nuvens baixas, como representados na Figura 5 a seguir.

Figura 5 – Grupos de nuvens classificados segundo à altitude e forma

Fonte: < http://meteoropole.com.br/2011/10/as-nuvens-possuem-nomes/> Acesso em outubro de 2017.

As nuvens altas, denominadas com o prefixo com o prefixo “Cirr”, possuem uma aparência fibrosa por serem compostas de cristais de gelo. As tipo “stratus”, dispõem de camadas, enquanto as “cúmulos” têm uma aparência amontoada e geralmente apresentam desenvolvimento vertical progressivo. Outros prefixos são “Alto”, para as nuvens de nível médio, e “Nimbos”, para as espessas e baixas.

Neste trabalho, vamos nos concentrar nas nuvens do tipo cumolonimbus, também conhecidas como nuvens de tempestade, pois são o único tipo de nuvem capaz de produzir relâmpagos, isso porque, como veremos adiante, elas possuem todos os “ingredientes” necessários para tal feito.

3 TEMPESTADES E RAIOS

“A alegria de ver e entender é o mais perfeito dom da natureza”

(Albert Einstein)

Neste capítulo, será abordado o crescimento da nuvem até que se torne uma cumulonimbus, capaz de ocasionar tempestades, e como se dá o seu processo de carregamento. Como veremos, esses processos envolvem fenômenos em macro e micro escala e atualmente ainda não se tem certeza de como a nuvem fica eletrizada, o que há é um consenso baseado em duas teorias. Também, serão mostrados tipos especiais de nuvem que podem ocasionar tempestades de grande porte. Além disso, falaremos um pouco sobre os impactos causados por este tipo de tempestade e as principais formas de prevenção contra raios.

3.1 SOBRE AS TEMPESTADES DE RAIOS

As tempestades severas podem ser perigosas para diversas atividades humanas, podendo causar inundações, transtornos nas linhas de energia e linhas aéreas, e até derrubar a estrutura de casas e outras construções. A quantidade de energia envolvida em apenas uma tempestade modesta é várias vezes superior à energia liberada pela primeira bomba atômica detonada em um deserto dos Estados Unidos em 1945 (SABA, 2001), mas difere pelo fato da bomba atômica liberar toda energia de uma vez (em uma fração de segundo), enquanto uma tempestade o faz durante um período de muitos minutos ou horas.

Osmar Pinto Junior afirma em seu livro “Brasil que raio de história”, que o raio é o fenômeno mais intenso que ocorre na natureza, sendo resultado de processos que aceleram quantidades gigantescas de elétrons a velocidades próximas à da luz em períodos de milionésimos de segundo, causando correntes elétricas milhares de vezes maiores que aquelas a que estamos acostumados em nosso cotidiano. Estas correntes saem com temperatura muito elevada e provocam uma expansão explosiva dos gases atmosféricos. Essa expansão resulta em ondas sonoras formadas pela compressão e rarefação causando o que conhecemos como trovão, que diferente do que se pensava antigamente, não são resultado de colisão entres nuvens massivas.

Na Figura 6 a seguir, pode-se observar as zonas com maiores ocorrências de tempestades de raios na América do Sul. O nosso país, por estar localizado em uma região tropical, onde as tempestades severas se formam em maior número, e pela sua extensão territorial registra um grade número de tempestades de raios. Por isso, tem-se uma atenção especial para este fenômeno. Todos os anos, dezenas de pessoas perdem a vida e centenas de milhões de reais são gastos para recuperar danos causados pelas tempestades (FERREIRA, 2006).

Figura 6 – Mapa estatístico com os dias de trovoadas por ano na América do Sul.

Fonte: Adaptado de Ferreira, Artur Gonçalves. Meteorologia práticaSão Paulo: Oficina de Textos, 2006.

Uma forma de amenizar os impactos causados pelas tempestades é a previsão de onde e quando ela ocorrerá, pois assim podemos alertar as pessoas para que tomem medidas preventivas a fim de evitar maiores danos. Essa previsão, porém, é bastante complexa, já que a tempestade se desenvolve rapidamente. No caso das menores, que ocorrem em pequenas áreas, além de surgirem rápido, duram apenas um curto intervalo de tempo, geralmente entre 30 e 50 minutos.

3.2 NUVENS DE TEMPESTADE E PROCESSO DE ELETRIZAÇÃO

As nuvens de tempestade são associadas às chuvas fortes, enchentes, granizo, ventos fortes, raios, trovões e, eventualmente, tornados. Essas nuvens também têm um papel importante no ciclo energético e na circulação global da atmosfera pelo seu eficiente transporte de umidade e calor sensível e latente nas porções superiores da troposfera e inferiores da estratosfera. Além disso, elas afetam o saldo radiativo da troposfera e influenciam a qualidade do ar e a química de precipitação (FREDIANI, 2003).

O aquecimento diferenciado da superfície da Terra é o principal causador das tempestades. As regiões da superfície terrestre ficam aquecidas diferentemente e o fluxo do ar cria zonas de convergência de massa (onde os ventos de diferentes regiões se encontram) o que gera um movimento ascendente. São nestas zonas de convergência que se formam as nuvens de tempestade. Ainda não sabemos com certeza como, mas no interior da nuvem são geradas cargas elétricas intensas que dão origem aos raios. Por não haver uma teoria definitiva que explique essa eletrificação, há um consenso entre os pesquisadores fundamentado em duas principais teorias, a primeira com base em indução e a outra em eletrização por atrito.

3.2.1 Nuvem de tempestade

Como mencionado no capítulo anterior, as cumulonimbus são as nuvens capazes de gerar as tempestades. Essas nuvens são caracterizadas pelo desenvolvimento vertical. Elas surgem quando a atmosfera está instável e o ar inicialmente em contato com a superfície é aquecido e sobe gerando correntes convectivas (FERREIRA, 2006). Quando o ar aquecido sobe, alcança zonas de menor pressão e resfria-se. Também pode ocorrer de parcela desse ar resfriado descer. O ar quente subindo e o ar frio descendo geram a instabilidade conveniente ao surgimento de nuvens de tempestade. Byers & Braham (1949) identificaram três estágios de evolução da cumulonimbus: a fase cúmulos, a fase madura e a fase de dissipação.

As cumulonimbus começam como nuvens cúmulos (Figura 7 - a), mas crescem individualmente ou agrupam-se e se desenvolvem, esse processo é denominado fase inicial da nuvem de tempestade ou fase cúmulos. Nesse estágio o diâmetro das nuvens varia entre 3 e 8 km, o topo situa-se entre 5 e 8 km e apresenta irregularidades devido às partículas de gelo. No interior da nuvem, o movimento do ar é predominantemente ascendente, arrastando gotículas de água e partículas de gelo para cima. O crescimento de cristais de gelo no topo da nuvem pode produzir partículas de precipitação, pode haver também as primeiras cargas de águas, mas não ocorrem relâmpagos. Quando a velocidade das partículas que se precipitam supera a velocidade de ascensão do ar, começam a ser geradas correntes descendentes e com isso a nuvem passa ao seu estado maduro.

No estágio maduro, movimentos das correntes de ar no interior da nuvem podem atingir velocidades de até 100 km/h . O vapor d'água condensa ao colidir nas gotículas da nuvem, as quais aumentam de tamanho à medida que vão sendo levadas para cima (GASPARIN, BRESOLIN e FAVRETTO, 2013). Por causa do crescimento, o topo desse tipo de nuvem pode atingir a estratosfera (zona atmosférica acima da troposfera, onde vivemos) e com isso cessa o seu desenvolvimento na direção vertical pois nessa camada as configurações atmosféricas são diferentes, principalmente a temperatura que é maior devido a absorção ultravioleta pela camada de ozônio. Como a cumulonimbus não consegue mais crescer verticalmente, seu topo se espalha horizontalmente na mesma direção dos ventos nesta altitude, o que dá a essa nuvem um aspecto de bigorna, esse aspecto pode ser observado na figura 7 – b.

É nesse estágio que a maioria das chuvas, relâmpagos, granizo, ventos fortes e tornados ocorrem. As gotículas de água e partículas de gelo crescem tanto de tamanho que já não são sustentadas e geram movimentos descendentes, arrastando consigo o ar para baixo intensificando as correntes descendentes e produzindo correntes horizontais de ar cujas frentes são denominadas frentes de rajadas que podem atuar como forçantes dando início a outra nuvem de tempestade. Nesse ponto o diâmetro dessas nuvens é em média 10km, mas pode chegar à dezenas de quilômetros. A sua base varia em torno de 2 ou 3 km e o seu diâmetro chega a ter 10 ou mesmo 20 km. A altura atingida pelo topo das nuvens de tempestade depende principalmente da latitude geográfica. Em regiões de média para altas latitudes (acima de 45°), o topo dessas nuvens raramente ultrapassam 8 km de altura, ao passo que em regiões de média para baixas latitudes, pode alcançar até 20 km . Em virtude de suas dimensões a luz solar é absorvida e espalhada pelas partículas de água e gelo que a compõe o que faz com que sua base normalmente apresente uma coloração escura (SABA, 2001).

Depois de um tempo, a nuvem entra em sua fase de dissipação. As correntes de ar ascendentes no interior da cumulonimbus começam a ser inibidas pelas correntes descendentes, o ar quente que subia por causa do aquecimento da superfície da terra decresce depois que a precipitação se inicia e nenhuma nova fonte de instabilidade está presente. Como nesse estágio o movimento de ar é descendente, a nuvem é resfriada em relação à sua vizinhança. A intensidade da chuva e a atividade de relâmpagos são reduzidas, embora permaneçam significantes e a altura do topo da nuvem diminui até que a ela seja dissipada, como mostra a Figura 7 - c, sobrando apenas a bigorna como uma nuvem cirrus.

Figura 7 - Estágios de evolução da cumulonimbus: a) fase cumulus, b) fase madura e c) fase de dissipação

Fonte: <http://mrcc.isws.illinois.edu/living_wx/thunderstorms/index.html> - Acesso em outubro de 2017.

A ação de uma cumulonimbus fica limitada ao seu diâmetro, sendo, portanto, uma tempestade bem localizada, essas nuvens também são marcadas por seu ciclo de vida bem definido, duram cerca de 45 min à 1 hora e seu estágio maduro varia de 15 à 30 minutos (FREDIANI, 2003). Mas há tempestades que persistem por 2 ou até 6 horas sendo originadas por apenas uma nuvem. As tempestades desse tipo são chamadas Supercélulas, representada na Figura 8, elas estão associadas com um forte giro do vetor cisalhamento do vento com a altura nos primeiros 4km acima da superfície e pode originar-se pelo redesenvolvimento da cumulonimbus. Supercélulas produzem fortíssimos ventos e até tornados de longa duração. As correntes ascendentes e descendentes coexistem em um estado quase estável por períodos de 30 minutos ou mais. No caso das correntes ascendentes, podem exceder 40m/s, e são capazes de sustentar pedras de gelo do tamanho de uma laranja (FREDIANI, 2003).

Figura 8- Esquema de uma Supercélula.

Fonte: Maria E. B. Frediani, “Tempestades Severas”, Universidade de São Paulo, 2003

Pode acontecer também de duas ou mais nuvens de tempestade se encontrarem em diferentes estágios de evolução compondo uma só tempestade denominada Multicélula que é composta comumente de duas a quatro cumulonimbus que se juntam com a “célula mãe” (nuvem principal), e formas um esquema análogo ao da Figura 9 a seguir. As nuvens de tempestade secundarias se formam tipicamente em intervalos de 5-10 min e apresentam tempo de vida característicos de 20-30 min. Sistemas multicélulas em que as correntes ascendentes atingem 25 à 35 m/s, produzem pedras de gelo do tamanho de uma bola de golfe (FREDIANI, 2003). Esse tipo de tempestade ocorre onde há instabilidade atmosférica e intenso cisalhamento vertical e pode ter duração de várias horas.

Figura 9 - Esquema de uma Multicélula

Fonte: Maria E. B. Frediani, “Tempestades Severas”, Universidade de São Paulo, 2003

Há divergências quanto ao critério de distinção entre Supercélulas e Multicélulas. Pode-se levar em consideração a aparência visual das nuvens secundarias, ou alegar que a Supercélula é nada mais que uma Multicélula onde as nuvens secundarias estão agregadas à célula mãe, ou mesmo que Multicélulas podem se desenvolver em Supercélulas (FREDIANI, 2003).

3.2.2 Eletrização das nuvens

Os processos que definem a estrutura elétrica de uma nuvem de tempestade são amplos e se dão tanto em escala quilométrica (macrofísicos) como em centímetros (microfísicos) e ocorrem simultaneamente. Há duas hipóteses que buscam explicar o carregamento das nuvens. Uma envolve indução na presença de um campo elétrico, e a segunda, transferência de carga não indutiva.

O carregamento por indução é baseado no campo elétrico de tempo bom, que vimos no capítulo anterior, onde esse campo, que aponta em direção a superfície terrestre, induz no interior da nuvem uma polarização das cargas. No entanto, dados do satélite TRMM mostraram que o principal mecanismo de eletrificação da nuvem deve ser a transferência de carga não indutiva, que envolve colisões entre cristais de gelo, vapor e grãos de granizo no interior da nuvem (BARRY & CHORLEY, 2013). Essas colisões funcionam de forma análoga à eletrização por atrito, onde algumas partículas saem carregadas positivamente (os cristais de gelo) e outras negativamente (granizo). O granizo cresce em todas as regiões da nuvem até atingir um tamanho considerável para ser atraído pela gravidade mesmo contra as correntes de ar ascendentes e cair, por ser mais massivo ele tende a se estabelecer na parte inferior da nuvem. Já os cristais de gelo, que também se formam por toda a nuvem, mas são pouco massivos, são arrastados pelas correntes para a parte superior. É nesse processo de queda e ascensão que as colisões ocorrem e a nuvem fica carregada, geralmente negativamente na região inferior e positivamente no topo. Mas pode acontecer do granizo se romper durante as colisões e formar pequenas partículas com carga negativa, formando uma estrutura de cargas diferente, como a da Figura 10.

Sondagens feitas com balão em nuvens de tempestade mostram que as cargas não se concentram apenas nas superfícies inferior e superior da nuvem, mas há uma distribuição de cargas por camadas, onde algumas são positivas e outras negativas como podemos ver na Figura 10 abaixo. Não se tem uma explicação definitiva para a origem dessas camadas, mas acredita-se que são formadas por indução das partículas carregadas que são elevadas pelas correntes de ar.

Figura 10 – Estrutura das cargas elétricas no interior de uma nuvem de tempestade.

Fonte: < http://www.nssl.noaa.gov/education/svrwx101/lightning/img/tstm-lightning-structure-800.png > Acesso em outubro de 2017.

Com a nuvem carregada e as gotículas de água formadas, começam praticamente ao mesmo tempo as descargas elétricas (raios) e as pancadas de chuva. Os raios são resultado do desenvolvimento de intensos centros de cargas, que eventualmente excedem a capacidade de isolamento elétrico do ar. Isso ocorre no estágio maduro da nuvem e densidade dos relâmpagos parece estar relacionada com a quantidade de chuva (BARRY & CHORLEY, 2013).

3.3 RAIOS E TROVÕES

Os raios sempre despertaram interesse na humanidade, mas não é um fenômeno fácil de ser estudado, até hoje não se tem certeza a respeito de como as nuvem ficam carregadas. Já em 1752, Benjamin Franklin propôs uma experiência para verificar se as nuvens possuíam eletricidade. Sugerindo que uma pessoa subisse no alto de uma montanha em um dia de tempestade e verificasse se de uma haste metálica isolada do chão pulariam faíscas em direção aos dedos da sua mão (SABA, 2001). Obviamente, era uma experiência arriscadíssima que ele mesmo não realizou. Quem a realizou pela primeira vez foi Thomas François Dalibard, na França, em maio de 1752. Um mês depois, sem saber do sucesso da experiência na França, Franklin conseguiu uma maneira de a realizar na Filadélfia. Em um dia de tempestade empinou uma pipa e observou faíscas pularem de uma chave amarrada próximo da extremidade da linha à sua mão.

Provavelmente os raios já estavam presentes durante o surgimento da vida na Terra e podem até mesmo ter contribuição no processo da geração de moléculas que deram origem a vida. Há bilhões de anos atrás, nossa atmosfera era formada de diversos gases distintos e era também mais quente do que é atualmente. As tempestades que se formavam deveriam ser mais carregadas eletricamente e produziam relâmpagos em maior quantidade. Essas tempestades se formavam de maneira semelhante as tempestades de Júpiter hoje. Existem, duas teorias principais para a origem da vida em nosso planeta: uma teoria assume que os aminoácidos (blocos que formam as moléculas, que vão gerar os seres vivos), vieram para a terra através dos asteroides, cometas, e assim por diante. E a segunda teoria considera que os primeiros aminoácidos foram formados a partir da quebra de moléculas de amônia, metano, hidrogênio e vapor d’água pelos raios (INPE, 2012). Experimentos em laboratório, utilizando descargas induzidas em uma mistura de amônia, metano, hidrogênio e vapor d'água, indicam que tal processo é, em princípio, possível, embora haja muitas incertezas em relação às condições durante os estágios iniciais da evolução da atmosfera terrestre.

O Brasil é o país do mundo que registra o maior número de incidência de raios (GASPARIN et al, 2013). Segundo o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais): “São 130 mortes, mais de 200 feridos e prejuízos anuais de um bilhão de reais no país”. Portanto é importante conhecer esse fenômeno e saber as medidas de segurança a serem tomadas em caso de tempestades, a fim de evitar acidentes.

3.3.1 Entendendo os raios

O processo de formação de um raio começa no interior da nuvem de tempestade, onde se formam núcleos de cargas, o que gera uma diferença de potencial e produzem descargas elétricas que podem ocorrer no interior das nuvens, entre nuvens e entre a nuvem e o solo. Essas descargas são o que conhecemos como raios. Quando uma dessas descargas elétricas é visível, pode ser chamada de relâmpago.

Os raios podem ter até 100 km de comprimento, mas os que chegam a essas proporções geralmente envolvem mais de uma nuvem de tempestade. Apesar de seu grande comprimento, a espessura do raio é de apenas alguns centímetros. A temperatura é superior a cinco vezes a temperatura da superfície solar, ou seja, a 30.000 graus Celsius (SABA, 2001). Há casos em que o raio atinge e penetra em solos arenosos a sua alta temperatura derrete a areia, transformando-a em uma espécie de tubo de vidro chamado fulgurito. Grande parte da energia de um raio é transformada em calor, luz, som e ondas de rádio mas pode chegar a causar até mesmo radiação de alta energia, os raios x e gama, que atingem satélites a centenas de quilômetros de altitude (PINTO JR. & CARDOSO, 2015).

Normalmente as primeiras descargas se iniciam no interior da nuvem, causadas pela diferença de potencial entre regiões carregadas, e são também a maioria das descargas totais (80%), elas podem ocorrer tanto antes como depois do início da chuva. Posteriormente, vêm os relâmpagos que se precipitam na direção de nuvens visíveis ou da Terra. Como as cumulonimbus geralmente tem uma concentração de cargas negativas na sua base (muito superior à densidade de carga na superfície da Terra), é induzido no solo abaixo da nuvem cargas positivas e a concentração de cargas entre os dois é grande o suficiente para romper a resistência de toda a camada de ar entre eles, com isso, surgem os raios. Eles não saem pelo caminho mais curto, e sim pelo mais fácil (que oferece menor resistência), o que faz com que apresentem trajetórias sinuosas e ramificações irregulares.

Rompida a resistência do ar, os elétrons começam a migrar. Quando isso ocorre há um “clarão” que se inicia na nuvem e se move para baixo muito rapidamente, com uma velocidade em torno de um sexto da velocidade da luz (GASPARIN, BRESOLIN e FAVRETTO, 2013). Esse “clarão” é conhecido como “degrau guia”, ele percorre em média 50 metros, permanece parado aproximadamente 50 microssegundos e volta a percorrer mais 50 metros (outro degrau) (FEYNMAN, LEIGHTON e SANDS, 2008). O raio continua seguindo esse ciclo degrau-pausa-degrau até tocar a terra, quando isso acontece, ele funciona como um fio condutor negativamente carregado, possibilitando que as cargas negativas possam fluir em direção ao solo. Então o raio corre para cima a partir do chão como podemos observar na parte (d) da Figura 11 abaixo. Este raio na subida, chamado “raio de retorno”, produz mais luz e calor do que o primeiro e é ele o causador da expansão do ar que gera os trovões. A corrente num relâmpago tem um máximo da ordem de 10.000 ampères, e carrega para baixo aproximadamente 20 coulombs (GASPARIN, BRESOLIN e FAVRETTO, 2013).

Figura 11 – Representação da trajetória de saída e retorno do raio.

Fonte: Adaptado de < http://www.if.ufrgs.br/mpef/mef004/20031/Ricardo/oraio.html> Acesso em outubro de 2017.

Após o desaparecimento do raio de retorno (leva algumas centenas de segundos), outro raio pode começar a descer exatamente sobre o caminho traçado pelo primeiro, já que o ar naquela região foi ionizado, se torna condutor e não oferece resistência como antes (FEYNMAN, LEIGHTON e SANDS, 2008). Porém, este segundo raio não “pausa nos degraus” como o anterior, percorrendo todo o percurso de uma vez e quando chega ao solo, tem um novo raio de retorno. Por isso podemos ver o relâmpago se repetir de uma ou duas até cinco a dez vezes, tendo caso em que 42 clarões foram vistos na mesma trilha, mas sempre em sucessões rápidas (FEYNMAN, LEIGHTON e SANDS, 2008).

Ocasionalmente as coisas podem se tornar mais complicadas. Por exemplo, quando o raio após a pausa, desenvolve um ramo e começa a descer através de dois degraus em direções diferentes (Figura 11 - b). Se isso acontece e um dos raios atinge a terra antes do outro, o raio de retorno vai subir pela trajetória do primeiro liberando mais luz nessa direção e quando passar pelo ponto de ramificação, um raio luminoso parecerá descer pelo outro ramo (por causa das cargas negativas ali presentes). Então a luz do relâmpago parece realizar seu caminho ramo abaixo, ao mesmo tempo em que ele sobe em direção a nuvem (FEYNMAN, LEIGHTON e SANDS, 2008). Mas se ambos os ramos atingem a terra praticamente em um mesmo instante, pode acontecer que o próximo relâmpago siga pelo segundo ramo. Nesse caso, veremos o primeiro flash em um lugar e o segundo flash em outro.

Mas essa descrição é simples. Se estudarmos mais atentamente o momento em que o raio está bem próximo do solo é fácil deduzir que uma descarga deve ascender do chão para encontrá-lo. Ou seja, o campo se torna forte o suficiente para criar um tipo de descarga de exalação. Por isso, havendo um objeto pontiagudo, como um prédio com uma ponta no topo, conforme a ponta do raio vai descendo, o campo próximo desta ponta se torna tão intenso que gera uma descarga partindo da ponta para atingir o raio, que por sua vez, tenderá a atingir esta ponta. O que não é uma novidade, pois se sabe a há muito tempo que os raios tendem a atingir objetos altos.

Os raios são classificados em positivos e negativos de acordo com o excesso de cargas que ele neutraliza, por exemplo, se o raio neutralizar cargas positivas na nuvem ele é um raio positivo (SABA, 2001). Os raios negativos são os mais frequentes, e equivalem a cerca de 90% do total de raios, eles transferem cargas negativas (elétrons) de uma região carregada negativamente dentro da nuvem para o solo. Já os raios positivos, também conhecidos como raios ascendentes, transferem elétrons da superfície da Terra para a nuvem, e se dão apenas em cerca de 10% dos casos, e só acontecem a partir de estruturas altas no chão (arranha-céus) ou no topo de montanhas (torres, antenas), os raios ascendentes têm sua ramificação voltada para cima (INPE, 2012).

3.3.2 Consequências dos raios

Pela grande quantidade de energia liberada durante uma descarga, Os raios podem vir junto com uma gama de consequências. Eles têm efeito sobre os organismos vivos, instalações elétricas, aeronaves, edificações, solo, atmosfera e tem relação até com o aquecimento global, mas ao contrário das anteriores, nessa relação o raio é a consequência.

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