Trovoada - um dos mais dramáticos fenómenos meteorológicos

Não deixa de ser um espetáculo digno ver o que se passa num gigante cumulonimbus em plena atividade de trovoada, sobretudo quando estamos num local seguro e abrigado.

Mas quando somos apanhados por este fenómeno no mar, a questão é outra.

Vou falar sobre este tema em dois bordos, um, este primeiro, em que vou tentar da melhor forma definir o fenómeno meteorológico em si, e um segundo bordo, que será publicado dentro de dias, sobre os cuidados que se podem ter na embarcação para minimizar e lidar com a queda de raios na embarcação.

Não quero deixar de salientar, que de uma forma geral, em termos de mar, quando falamos de trovoadas, a maior parte dos navegantes pensa de imediato no raio a cair mesmo em cima de nós. Certo é que esta é uma das probabilidades, como iremos ver no segundo bordo, em que as principais vitimas são a electrónica e aparelhos eléctricos de bordo (numa embarcação protegida), mas não nos podemos esquecer das rajadas de vento que acompanham uma trovoada e que são, como a trovoada em si, muito perigosas e com maior probabilidade de fazer estragos. No espaço de alguns segundos o vento pode subir aos 40/50 nós e assumir uma direcção contrária á que precedia a sua chegada.

O mais responsável será sempre evitar estas formações (visíveis ao longe), se fundeados levantar ferro (fortes probabilidades de desgarrar), se não for possível evitar, baixar todo o pano e fazer frente ao animal!

A trovoada constitui um dos mais dramáticos fenómenos meteorológicos.

Uma trovoada consiste num conjunto de fenómenos intensos associados a cumulonimbus: raios, relâmpagos, rajadas de vento, inundações, granizo e, possivelmente, tornados.

Para uma trovoada se formar é necessário que exista elevação de ar húmido numa atmosfera instável. A atmosfera fica instável quando as condições são tais que uma bolha de ar quente em ascensão pode continuar a subir porque continua mais quente do que o ar ambiente. (A elevação do ar quente é um mecanismo que tenta restabelecer a estabilidade. Do mesmo modo, o ar mais frio tende a descer e a afundar-se enquanto se mantiver mais frio do que o ar na sua vizinhança.) Se elevação de ar é suficientemente forte, o ar arrefece (adiabaticamente) até temperaturas abaixo do ponto de orvalho e condensa, libertando calor latente que promove a elevação do ar e «alimenta» a trovoada. Formam-se cumulonimbus isolados com grande desenvolvimento vertical (podendo ir até 10 ou 18 mil metros de altitude) alimentado pelas correntes ascendentes de ar.

As trovoadas podem-se formar no interior das massas de ar (a partir da elevação do ar por convecção - comum em terra nas tarde de Verão - quando o aquecimento da superfície atinge o seu pico - e sobre o mar nas madrugadas de inverno, quando as águas estão relativamente quentes); por efeito orográfico - (a barlavento das grandes montanhas) ou estar associadas a frentes - sendo mais intensas no caso das frentes frias.

As trovoadas mais fortes são geradas quando ar quente e húmido sobe rapidamente, com velocidades que podem chegar aos 160 km por hora, até altitudes mais elevadas e mais frias. Em cada momento há na ordem de 2000 trovoadas em progresso sobre a superfície da Terra. Os relâmpagos surgem quando as partículas de gelo ou neve de uma nuvem começam a cair de grande altitude em direcção à superfície e correspondem à libertação de energia devida à diferença de carga entre as partículas.

O RAIO

Duas cargas elétricas de sinais opostos são fortemente atraídas uma para a outra. Contudo, o ar é fraco condutor da corrente elétrica, não permitindo que estas se aproximem. Quando o ar que se encontra entre as cargas não consegue impedir a sua aproximação, dá-se uma descarga elétrica.

Na figura abaixo apresentam-se os diferentes tipos de raios que ocorrem durante uma trovoada: raios intra-nuvens, raios entre-nuvens e raios nuvem-terra.

Nos raios nuvem-terra, as cargas negativas na base da nuvem deslocam-se em direção às cargas positivas na terra, por impulsos, num percurso aleatório invisível e em zig zag, chamado de traçador. Estas cargas negativas, também designadas por eletrões, deslocam-se a velocidades da ordem de 200 km/s. Quando chegam perto da superfície terrestre (a poucas dezenas de metros), é produzida a primeira descarga eletromagnética: o primeiro raio. Na sequência do primeiro raio podem ocorrer raios secundários através do mesmo canal, o que por vezes dá o aspeto de cintilação do raio. Este processo continua até que não exista diferença de potencial elétrico entre a nuvem e a terra. Os raios nuvem-terra podem ser positivos ou negativos. Se o raio ocorre entre a nuvem carregada negativamente e a superfície terrestre carregada positivamente a polaridade é negativa; no caso inverso a polaridade é positiva.

 Distribuição das cargas elétricas numa nuvem e tipos de raios.

Os raios com polaridade negativa são mais frequentes do que os com polaridade positiva. Em termos estatísticos, as descargas elétricas atmosféricas correspondem a 80% das descargas que chegam à superfície terrestre e, em média, às descargas positivas estão associadas maiores quantidades de energia. Na figura que se segue apresenta-se um esquema de formação de um raio nuvem-terra.

Formação de um raio.

Dimensões e trajetória do raio

O comprimento de um raio pode variar entre 0,1 e 20 km e a sua velocidade atinge 40000 km/s, pouco mais de um décimo da velocidade da luz. O diâmetro da coluna de ar onde ocorre o raio é aproximadamente 3 cm.

Potência libertada por um raio

Um raio pode ter uma corrente elétrica superior a 100Kamp. Em cada segundo o globo terrestre recebe mais de 3 dezenas de descargas elétricas atmosféricas. A potência deste “fogo celeste” é da ordem de 700MW; a central termoelétrica do Carregado, no início do seu funcionamento, tinha uma potência total de 750MW.

Cor do raio

A cor do raio está associada à composição da atmosfera onde ele ocorre, designadamente:

• Vermelha indica presença de precipitação na atmosfera;
• Azul presença de gelo / granizo Amarela indicação de poeiras na atmosfera;
• Branca é sinal de ar muito seco.

Temperatura do ar circundante do raio

A temperatura do ar, ao longo do trajeto do raio, é muito elevada, cerca de 30000ºC (cinco vezes a temperatura do sol). O ar atravessado pelo raio é assim “queimado” instantaneamente. Esta temperatura elevada é suficiente para pôr em combustão qualquer tipo de material combustível, designadamente florestas em dias com temperatura do ar elevada, humidade relativa baixa e em locais onde não ocorra precipitação.

Os perigos associados aos raios

O raio é o elemento mais perigoso de uma trovoada, uma vez que é portador de grande quantidade de energia eletromagnética a que se associam temperaturas elevadas, forças de pressão elevadas e efeitos eletromagnéticos percetíveis a longa distância.

Um raio que atinge, por exemplo, um cabo de energia elétrica próximo de uma habitação, que não esteja devidamente protegida, poderá eventualmente danificar grande parte dos aparelhos elétricos e eletrónicos. Por outro lado, as temperaturas elevadas associadas ao raio, podem dar origem a incêndios.

A força de pressão explosiva que resulta da expansão do ar sobreaquecido pode ser superior a 50 atmosferas e projetar uma pessoa vários metros. Por fim, os efeitos eletromagnéticos à distância podem ter consequências graves em equipamentos elétricos e eletrónicos.

O RELÂMPAGO

O relâmpago resulta da incandescência do ar sobreaquecido à passagem do raio na coluna de ar, resultante da conversão da energia eletromagnética em energia calorífica.

Na figura apresenta-se o aspeto de um raio ramificado.

Algumas estatísticas 

• Ocorrem cerca de 20 milhões de trovoadas por ano em todo o mundo, que estão associadas a nuvens de desenvolvimento vertical, em regra cumulonimbus ou altocumulus castellanus
• Diâmetro típico de uma trovoada: 15 a 25Km;
• Extensão vertical: 10 a 15Km;
• Duração: 1 a 2 horas.

Raios e relâmpagos.

O TROVÃO

O trovão é um subproduto do raio. Ao longo da trajetória do raio, através da coluna de ar, com diâmetro de poucos centímetros, ocorre uma expansão brusca do ar sobreaquecido que origina uma onda de choque que dá origem a ruído característico: trovão.