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Relâmpagos e descargas invisíveis produzem moléculas que limpam a atmosfera
Os relâmpagos separam as moléculas de nitrogênio e oxigênio na atmosfera e criam produtos químicos reativos que afetam os gases de efeito estufa.
Por Pennsylvania State University - 29/04/2021


As moléculas de nitrogênio, oxigênio e vapor de água são quebradas por raios e descargas elétricas mais fracas associadas, gerando os gases reativos NO, O 3 , HO 2 e o limpador da atmosfera, OH. Crédito: Jena Jenkins, Penn State

Os relâmpagos separam as moléculas de nitrogênio e oxigênio na atmosfera e criam produtos químicos reativos que afetam os gases de efeito estufa. Agora, uma equipe de químicos atmosféricos e cientistas de raios descobriram que raios e, surpreendentemente, descargas subvisíveis que não podem ser vistas por câmeras ou a olho nu produzem quantidades extremas de radical hidroxila - OH - e radical hidroperoxila - HO 2 .

O radical hidroxila é importante na atmosfera porque inicia reações químicas e quebra moléculas como o gás de efeito estufa metano. OH é o principal impulsionador de muitas mudanças composicionais na atmosfera.

"Inicialmente, olhamos para esses enormes sinais OH e HO 2 encontrados nas nuvens e perguntamos: o que há de errado com nosso instrumento?" disse William H. Brune, distinto professor de meteorologia da Penn State. "Presumimos que havia ruído no instrumento, então removemos os grandes sinais do conjunto de dados e os arquivamos para estudo posterior."

Os dados eram de um instrumento em um avião sobrevoando Colorado e Oklahoma em 2012, observando as mudanças químicas que tempestades e relâmpagos causam na atmosfera.

Mas, alguns anos atrás, Brune tirou os dados da prateleira, viu que os sinais eram realmente hidroxila e hidroperoxila, e então trabalhou com um estudante de graduação e pesquisador associado para ver se esses sinais poderiam ser produzidos por faíscas e descargas invisíveis em laboratório . Em seguida, eles fizeram uma reanálise do conjunto de dados do thunderstrom e do relâmpago.

"Com a ajuda de um grande estagiário de graduação", disse Brune, "fomos capazes de conectar os enormes sinais vistos por nosso instrumento voando através das nuvens de tempestade com as medições de raios feitas do solo."

Os pesquisadores relatam seus resultados online hoje (29 de abril) no Science First Release e no Journal of Geophysical Research — Atmospheres .

Brune observa que os aviões evitam voar através dos núcleos crescentes das tempestades porque é perigoso, mas podem provar a bigorna, a parte superior da nuvem que se espalha na direção do vento. Raios visíveis acontecem na parte da bigorna próxima ao núcleo da tempestade .

"Ao longo da história, as pessoas só se interessaram por raios por causa do que podiam fazer no solo", disse Brune. "Agora há um interesse crescente nas descargas elétricas mais fracas em tempestades que levam a raios."

A maioria dos relâmpagos nunca atinge o solo, e os relâmpagos que ficam nas nuvens são particularmente importantes por afetar o ozônio e um importante gás de efeito estufa na alta atmosfera . Era sabido que o raio pode dividir a água para formar hidroxila e hidroperoxila, mas esse processo nunca havia sido observado antes em tempestades.

O que confundiu a equipe de Brune inicialmente foi que seu instrumento registrou altos níveis de hidroxila e hidroperoxila em áreas da nuvem onde não havia relâmpagos visíveis da aeronave ou do solo. Experimentos em laboratório mostraram que uma corrente elétrica fraca, muito menos energética do que a de um raio visível, pode produzir esses mesmos componentes.

Embora os pesquisadores tenham encontrado hidroxila e hidroperoxila em áreas com raios invisíveis, eles encontraram poucas evidências de ozônio e nenhuma evidência de óxido nítrico, que requer a formação de raios visíveis. Se relâmpagos invisíveis ocorrem rotineiramente, então a hidroxila e a hidroperoxila que esses eventos elétricos criam precisam ser incluídos nos modelos atmosféricos. Atualmente, eles não são.

De acordo com os pesquisadores, "OH (hidroxila) gerado por raios em todas as tempestades que acontecem globalmente pode ser responsável por uma alta incerteza, mas substancial de 2% a 16% da oxidação de OH atmosférico global."

"Esses resultados são altamente incertos, em parte porque não sabemos como essas medições se aplicam ao resto do globo", disse Brune. "Nós só sobrevoamos Colorado e Oklahoma. A maioria das tempestades está nos trópicos. Toda a estrutura das tempestades de planícies altas é diferente daquelas nos trópicos. Claramente, precisamos de mais medições de aeronaves para reduzir essa incerteza."

 

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