Brasileiros desvendam raios invertidos, que sobem em vez de cair

Com informações da Agência Fapesp - 04/10/2019

Os raios invertidos têm sido documentados se originando em estruturas altas, como torres de telecomunicações, em direção às nuvens.
[Imagem: Elat/Ipen]

Raios descem e sobem

Os raios sobem ou os raios caem?

De fato, há raios que caem, chamados descendentes, e há raios que sobem, chamados ascendentes, ou invertidos. Raios descendentes são muito mais comuns do que os ascendentes e ambos têm a mesma intensidade.

Um tipo de raio "invertido", que em vez de descer das nuvens e tocar o solo, como ocorre com a maioria das descargas elétricas, parte de uma estrutura alta na superfície e se propaga em direção às nuvens, começou a ser observado no Brasil nos últimos anos.

Responsáveis pelos primeiros registros do fenômeno no país, pesquisadores do Grupo de Eletricidade Atmosférica (Elat) do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), Carina Schumann e Marcelo Magalhães Saba conseguiram agora desvendar os mecanismos envolvidos na formação desses raios ascendentes.

"Constatamos que os raios ascendentes são iniciados a partir da ponta de uma torre ou para-raios de um edifício alto, por exemplo, na sequência de um raio descendente [para baixo] e a uma distância de até 60 quilômetros," contou Marcelo.

Câmeras para fotografar raios

Para chegar a essas conclusões, o grupo observou e registrou 110 raios ascendentes ocorridos durante tempestades de verão no Pico do Jaraguá, em São Paulo, e em Dakota do Sul, nos Estados Unidos, entre 2011 e 2016.

Para isso, foi usada uma combinação de câmeras fotográficas digitais e de vídeo de alta velocidade - capazes de registrar de 10 a 40 mil imagens por segundo -, medidores de campo elétrico e de luminosidade e uma câmera de ultra-alta velocidade, que registra até 100 mil imagens por segundo.

As câmeras com essas velocidades de aquisição de imagens são necessárias para esse tipo de estudo porque o tempo que leva para ocorrer um raio "para baixo" e outro "para cima" é muito pequeno, da ordem de centenas de milissegundos. Sem câmeras com essas velocidades é impossível distingui-los.

(a) O desenvolvimento do líder bidirecional intranuvem começa com os líderes positivos (vermelho) e negativos (azul) se expandindo a partir de um ponto de iniciação. (b) A aproximação do líder negativo inicia e o líder positivo sobe (vermelho) durante um flash intranuvem (c.1) ou antes de uma descarga de retorno (c.2).
[Imagem: Carina Schumann et al. - 10.1038/s41598-019-46122-x]

Raios ascendentes e raios descendentes

Os resultados das análises, juntamente com dados de sistema de medição de campo elétrico, indicaram que são os raios descendentes positivos - que deixam um saldo de carga negativa na nuvem - que frequentemente iniciam raios ascendentes.

Esses raios descendentes positivos costumam ocorrer no final da tempestade. Logo após o contato da descarga com o solo, eles costumam apresentar uma corrente de longa duração e baixa intensidade. Essa corrente produz uma perturbação forte e rápida na sua distribuição de cargas na nuvem de tempestade. É essa perturbação que normalmente gera condições para a iniciação do raio ascendente.

"Os raios positivos descendentes produzem, dentro da nuvem, descargas negativas com extensão horizontal de muitos quilômetros. Essas descargas negativas podem passar por cima de torres altas e induzirem cargas positivas em suas pontas. Se a intensidade de carga elétrica induzida for suficiente podem surgir, das pontas das torres, descargas ascendentes que formam os raios 'para cima'," disse Marcelo.

O Pico do Jaraguá, nas imediações da cidade de São Paulo, é o segundo lugar com maior número de registros de raios ascendentes no mundo, atrás apenas de uma localidade nos Alpes Suíços. Com 1.135 metros de altitude, o Jaraguá registra entre 30 e 40 raios ascendentes por ano, principalmente no verão, mas também no inverno, quando há frentes frias.

"Já registramos a ocorrência de raios ascendentes no Pico do Jaraguá no inverno. Mas são mais frequentes na transição da primavera para o verão e do verão para o outono", disse.

Proteção dos para-raios

De acordo com os pesquisadores, raios descendentes são muito mais comuns do que os ascendentes e ambos têm a mesma intensidade. Os raios ascendentes, porém, costumam ter duração 40% maior e, felizmente, não apresentam risco de atingir humanos, pois são originados na ponta das torres.

Mas, enquanto o impacto de um raio descendente é mais distribuído, uma vez que em metade dos casos uma mesma descarga toca pontos diferentes no solo, o de um raio ascendente é mais localizado, na ponta das estruturas altas, que podem sofrer danos.

Com a tendência de construção de torres e prédios cada vez mais altos, a ocorrência desse tipo de raio tende a aumentar, ponderou o pesquisador: "Os raios ascendentes não existiriam sem a presença de estruturas altas."

Os pesquisadores estão avaliando, agora, como um para-raios responde a um raio descendente, uma vez que, assim que esse tipo de raio se aproxima, a estrutura lança para o alto uma descarga para conectá-la a ele. "Isso pode ser importante para definir a área de proteção de um para-raios, por exemplo," disse Marcelo.

Bibliografia:

Artigo: On the triggering mechanisms of upward lightning
Autores: Carina Schumann, Marcelo M. F. Saba, Tom A. Warner, Marco A. S. Ferro, John H. Helsdon Jr., Ron Thomas, Richard E. Orville
Revista: Nature Scientific Reports
Vol.: 9, Article number: 9576
DOI: 10.1038/s41598-019-46122-x