Tempestades: Como se formam relâmpagos e trovões?

Em março, as tempestades que assolaram Portugal foram verdadeiramente impactantes causando surpresa e admiração entre os Portugueses. Do ponto de vista científico, como se processa a formação de relâmpagos e trovões na atmosfera?

No mundo científico sabe-se que a eletrificação das nuvens ocorre devido às colisões das partículas de gelo existentes acumuladas no seu interior. Isto não exclui a possibilidade dos efeitos resultantes da diferença de condutividade elétrica do gelo se deverem a diferenças de temperatura no interior da nuvem. Quando se dão colisões, as partículas de gelo perdem eletrões, transformando-se em iões o que acaba por tornar a nuvem eletricamente carregada.

As partículas possuem tamanho variado e, de acordo com as medições efetuadas por sondas meteorológicas, as menores e mais leves apresentam carga positiva e as maiores e mais pesadas, conhecidas como granizo, apresentam carga negativa. Fatores climáticos e físicos como ventos, temperatura e força da gravidade fazem com que cargas do mesmo sinal se concentrem em regiões específicas da nuvem.

O que são Trovões?

Os trovões são ondas sonoras geradas pelo movimento de cargas elétricas na atmosfera. Devido ao aumento da temperatura do ar nas áreas da nuvem por onde o raio passa, os trovões podem ser perigosos especialmente nos locais próximos da sua ocorrência. Formam-se através do aquecimento do canal principal durante a subida da descarga de retorno “return stroke”. Pode atingir temperaturas elevadíssimas, entre os 20.000 ºC e os 30.000 ºC, apenas em 10 microssegundos (o que corresponde a 0,00001 segundos). O cálculo da duração dos trovões baseia-se na diferença entre as distâncias do ponto mais próximo e do ponto mais afastado do canal do relâmpago ao observador. Podem durar em média entre 5 e 20 segundos.

O ar aquecido expande-se gerando dois tipos de ondas: um que se caracteriza como uma violenta onda de choque supersónico, com uma velocidade várias vezes superior à velocidade do som no ar. Nas proximidades do local de queda o som é inaudível para o ouvido humano. A segunda, sendo aquela que conseguimos ouvir, é uma onda sonora de grande intensidade que se ouve por distâncias maiores. Os meios de propagação dos trovões são o solo e o ar. A onda sonora do trovão possui frequência, medida em Hertz, que varia de acordo com o meio, sendo maior no solo. 

A velocidade do trovão também varia com o local onde se propaga. O relâmpago acontece sempre antes do trovão porque a velocidade da luz é mais rápida do que a do som no ar. Aquilo que ouvimos é a combinação de três momentos de propagação da descarga no ar: o primeiro, um estalido curto gerado pelo movimento da descarga de retorno no ar. De seguida, um som intenso e de maior duração que o primeiro estalido resultante da entrada ou da saída da descarga no solo e, por último, a propagação de sons graves pela atmosfera à volta do canal do relâmpago. Por esta razão, torna-se bastante perigoso estar próximo ao local de queda de um relâmpago.