Por que os raios fazem zigue-zague no céu?

Já reparou que os raios não caem em linha reta, mas em forma de zigue-zague? Nos últimos 50 anos, isso foi um mistério para os cientistas. Agora, porém, o físico John Lowke, da Universidade do Sul da Austrália (University of South Australia), descobriu o motivo para isso e publicou um artigo que revela, ainda, como o fenômeno viaja por quilômetros.

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A resposta está em uma molécula de oxigênio metaestável formada durante as tempestades: o oxigênio singleto delta (uma espécie eletronicamente excitada da molécula de oxigênio). Os campos elétricos existentes nas nuvens que formam as tempestades garantem energia suficiente aos elétrons para criar esse oxigênio. A configuração de elétrons dessa variação do elemento permite que a eletricidade seja conduzida pelo ar.

Uma descarga elétrica na atmosfera é a responsável pela formação de um raio. Isso geralmente ocorre quando nuvens carregadas de eletricidade colidem entre si. Quando as partículas carregadas eletricamente se separam, elas criam uma diferença de potencial elétrico — que pode provocar a ionização da atmosfera (a separação de átomos em íons positivos e negativos) quando atinge um determinado limite.

Nesse processo, elétrons e singletos delta se acumulam para iniciar a fase condutora que fornece brilho intenso por cerca de um milionésimo de segundo. Os zigue-zagues — ou degraus — são resultado desse acúmulo. Além disso, ele redistribui o campo elétrico, o que causa as etapas posteriores. Ao fim de cada uma delas, há uma pausa até que o processo ocorra novamente. Isso acontece várias vezes em uma tempestade.

Elétrons e moléculas de oxigênio singleto delta buscam o caminho de menor resistência entre a nuvem e o chão, independentemente de sua direção. Quando encontram um objeto na superfície, ocorre uma descarga elétrica que viaja a mais de 320 mil Km/h. Esse caminho não é uma linha reta na maioria das vezes porque o ar é composto de partículas de poeira, poluentes, umidade e flutuações na temperatura, entre outros.

Ou seja, o ar não é uma mistura perfeita para a condução elétrica e sua resistência varia bastante ao longo do caminho. Isso faz os relâmpagos serem vistos em um padrão que segue o zigue-zague — que representa a rota mais fácil. A iluminação dos raios é decorrente de um fluxo de elétrons com potência cerca de 10 mil vezes maior que a corrente elétrica das residências.

Descargas elétricas sucessivas

O raio é um fenômeno ainda não compreendido completamente. A teoria mais aceita é a de que eles são formados por uma série de descargas elétricas sucessivas, os pulsos. Cada pulso dura alguns milionésimos de segundo, mas pode ter corrente elétrica de até 30 mil amperes e produzir campo elétrico de milhões de volts. Isso provoca o brilho do raio e o som do trovão.

Entender o funcionamento dos raios permite proteger pessoas e bens de seus efeitos. Embora seres humanos sejam raramente atingidos por raios, é comum que prédios, especialmente os mais altos e isolados, sejam afetados muitas vezes por ano.

O pára-raios, inventado por Benjamin Franklin em 1752, é a solução usada para proteger estruturas. Basicamente, ele é formado por um arame grosso preso ao topo de um edifício e conectado ao solo. Ele atrai raios e aterra a carga elétrica para evitar danos.

Lowke destaca que é cada vez mais importante melhorar a proteção contra raios, já que os eventos meteorológicos causados pelas mudanças climáticas são mais extremos. “Além disso, o uso de materiais compostos ecológicos em aeronaves melhora a eficiência de combustível, mas esses materiais aumentam o risco de danos causados por raios”, aponta. “Quanto mais sabemos sobre os raios, mais bem informados estamos para pensar o ambiente construído.”