p Imagine-se deitado em uma colina verde observando as nuvens passarem em um belo dia. As nuvens em que você provavelmente está pensando são nuvens cumuladas, os que se assemelham a bolas fofas de algodão. Eles parecem inocentes o suficiente. Mas eles podem crescer e se tornar os mais formidáveis ​​cúmulos-nimbos, a nuvem de tempestade. Esses são os monstros que produzem trovões e relâmpagos. Eles são poderosos, destrutivo e intensamente misterioso. Eles também podem estar se tornando muito mais comuns, o que torna a compreensão de seu funcionamento - e seus efeitos no mundo humano, incluindo como construímos edifícios ou linhas de energia - mais importante do que nunca. p Muitas nuvens se formam quando o ar quente e úmido sobe a grandes altitudes, onde fica mais frio e se condensa em gotas de água. Tempestades acontecem quando uma nuvem se formando dessa forma rapidamente se torna muito grande, sugando mais e mais vapor de água. Quase sempre se segue a precipitação e fortes rajadas de vento. E claro, raio. O relâmpago pode parecer bastante raro, mas aconteceu cerca de 700 vezes - recebemos cerca de 100 ataques por segundo - em algum lugar ao redor do globo no tempo que você levou para ler esta frase.

p Relâmpagos e tempestades parecem estar se tornando mais comuns e há sugestões de que isso continuará como resultado do aquecimento global. Em 2014, Professor David Romps da Universidade da Califórnia, Berkeley, NÓS, desenvolveu um modelo atmosférico que previu que os relâmpagos aumentarão em 12% para cada grau de aquecimento da Terra. Existem alguns indícios de que isso já pode estar acontecendo. Pesquisadores na Holanda observaram o número de incêndios iniciados por raios nas florestas do Alasca e do Canadá e descobriram que aumentaram de 2% a 4% ao ano nos últimos 40 anos.

p Não entendemos bem os raios. Se, por exemplo, você filmaria um relâmpago e reproduzisse em câmera super lenta, você perceberá que o aviso prossegue em etapas. Ele faz uma pausa em intervalos antes de prosseguir, diz o Dr. Alejandro Luque do Instituto de Astrofísica da Andaluzia, em Granada, Espanha. Mas não sabemos por que isso acontece. Ele diz que existem alguns artigos sobre isso, mas essencialmente nenhuma teoria aceita.

p Sprites

p Dr. Luque acredita que ele pode ter alguns insights sobre o problema, Contudo, através de seu trabalho estudando um fenômeno elétrico ainda mais incrível, mas melhor compreendido - sprites.

p Sprites são enormes, jatos coloridos de luz que ocorrem entre 50 e 90 quilômetros acima do solo, muito mais alto do que tempestades. Sua existência foi posta em dúvida por anos, pois são difíceis de ver do solo. O Dr. Luque os estudou principalmente olhando fotos tiradas por aviões de pesquisa.

p Embora sejam menos familiares do que relâmpagos, a física dos sprites é mais fácil de estudar porque, em altitudes tão altas, há pouco ar e, portanto, as descargas elétricas acontecem mais lentamente e em temperaturas mais frias. O relâmpago cria temperaturas mais altas do que a superfície do sol. Mas o Dr. Luque diz que os canais de descarga dos sprites têm 'praticamente a mesma temperatura do ar circundante'.

p Os canais em sprites são feitos de muitos filamentos minúsculos chamados streamers. E à medida que os streamers se propagam, alguns pontos dentro deles brilham mais intensamente e persistentemente. Em sprites, o brilho intenso é graças ao comportamento dos elétrons, diz o Dr. Luque. Em algumas áreas do streamer, elétrons se ligam às moléculas de ar e isso aumenta a força do campo elétrico, produzindo uma luz mais brilhante.

p Passos

p Esta explicação é incontroversa, diz o Dr. Luque, mas o que não sabemos é se - como ele suspeita - um processo análogo poderia explicar por que o próprio relâmpago ocorre em etapas. No contexto de um raio, em altitudes mais baixas, existem mais moléculas de ar e a ligação de elétrons a elas pode funcionar de uma maneira ligeiramente diferente para produzir o padrão escalonado. Dr. Luque quer descobrir se isso está certo por meio de seu projeto eLightning.

p Ele e seu aluno Alejandro Malagón ‐ Romero estabeleceram essa hipótese em 2019. Sua equipe agora está trabalhando na construção de um modelo computacional de relâmpago para testar se o processo que eles esperam pode explicar o comportamento de passo.

p Entender por que os relâmpagos ocorrem em etapas não nos ajudará a torná-los menos perigosos. Mas o Dr. Luque diz que obter uma melhor compreensão do fenômeno pode ser útil em todos os tipos de outras áreas. Por exemplo, descargas podem se formar ao redor das linhas de energia elétrica e, portanto, devem ser projetadas para minimizar isso. Essas descargas também são usadas na indústria, por exemplo, na higienização de resíduos de gases industriais e até mesmo em fotocopiadoras. Uma melhor compreensão de como eles funcionam pode levar a designs aprimorados.

p Os relâmpagos podem parecer a arma mais perigosa no arsenal de uma tempestade, mas essas tempestades também criam ventos excepcionalmente fortes.

p O clima da Europa é dominado por sistemas de ar conhecidos como ciclones extratropicais, correntes de ar em espiral que trazem vento e chuva com eles enquanto varrem uma região. Uma cidade europeia média vê entre 70 e 90 por ano e os cientistas têm uma boa compreensão de como funcionam. Essas tempestades podem ser fortes, embora nem sempre.

p Sempre que um edifício é construído na Europa, os designers devem se certificar de que ele pode suportar ventos fortes e os modelos que usam para isso são baseados em ciclones extratropicais. O problema com isso é que não leva em conta os ventos considerados raros - como os das tempestades.

p Trovoadas

p Para entender por que isso é importante, você precisa entender a diferença entre ciclones e tempestades. Primeiro, tempestades são mais intensas que ciclones. Enquanto um ciclone pode durar três dias, uma tempestade pode acabar em 20 minutos. Então, em vez de moderado, vento sustentado você recebe uma rajada de rajadas muito fortes. Segundo, e mais importante, é como a força dos ventos varia dependendo da altitude. Os ciclones ficam cada vez mais fortes lá em cima. Tempestades, por outro lado, tendem a produzir ventos começando a cerca de 100m para cima e soprando para baixo, com o vento ficando mais forte à medida que desce. 'Um vento normal sopra paralelo ao solo, mas uma tempestade sopra para baixo. É completamente diferente, 'disse o professor Giovanni Solari da Universidade de Gênova, na Itália.

p Junte tudo isso e o resultado, diz o Prof. Solari, é que estamos fazendo uma engenharia excessiva em nossos edifícios mais altos, especialmente arranha-céus, e edifícios e estruturas baixas com pouca engenharia, como guindastes de estaleiro. Os 200 metros mais altos de um arranha-céu de 300 metros provavelmente não estão sofrendo com uma tempestade, mas nós os projetamos como se fossem, porque nossos modelos presumem que os ventos ficam mais fortes lá em cima. 'Estamos tornando os edifícios muito seguros, ' ele disse. Por outro lado, pequenos guindastes podem ser derrubados por tempestades, que produzem seu vento mais forte ao nível do solo.

p Objetivo do Prof. Solari, por meio do projeto THUNDERR, é corrigir isso, o que poderia tornar a construção mais eficiente e menos custosa, produzindo um modelo de vento de tempestade que pode ser usado para ajudar a projetar edifícios. O primeiro passo foi pegar uma tempestade sintética criada em um túnel de vento de classe mundial na Universidade de Ontário, no Canadá, e fazer um modelo dela. Isso agora está feito, diz o Prof. Solari, e seus modelos fazem um bom trabalho em capturar o que essas tempestades sintéticas fazem. Mas essa foi a parte fácil.

p Agora ele está passando a modelar tempestades reais, em que há uma grande variação. Ajudar, O Prof. Solari e sua equipe construíram uma rede de 45 torres meteorológicas espaçadas ao redor da costa do Mediterrâneo projetadas para capturar dados sobre ventos criados por tempestades.

p 'As pessoas costumavam pensar que tempestades eram raras, 'disse o Prof Solari. - Isso porque não podíamos vê-los. A rede já registrou um banco de dados de 250 registros de tempestades. O plano agora é ajustar o modelo inicial para levar em conta todas essas diferentes tempestades e ser verdadeiramente representativo. '

p A pesquisa neste artigo foi financiada pelo Conselho Europeu de Pesquisa da UE. Se você gostou deste artigo, por favor, considere compartilhá-lo nas redes sociais.