Coronas ultravioleta nas árvores durante trovoadas: a primeira observação direta

Pela primeira vez, meteorologistas conseguiram registar pequenos clarões de luz ultravioleta libertados por árvores enquanto uma trovoada passa por cima.

Há muito que os cientistas desconfiavam deste fenómeno invisível, atribuindo-o ao facto de a carga eléctrica de uma tempestade em movimento induzir uma corrente eléctrica nas árvores situadas por baixo.

O que é uma corona e porque surge nas copas

O brilho, conhecido como corona, forma-se quando a carga se acumula nas pontas das folhas. Este efeito já tinha sido reproduzido em laboratório e também deduzido a partir de alterações invulgares nos campos eléctricos medidos em florestas durante episódios de tempestade.

Ainda assim, para confirmar sem dúvidas, era necessário vê-lo acontecer em condições reais. Foi isso que levou uma equipa liderada pelo meteorologista Patrick McFarland, da Universidade Estatal da Pensilvânia, a perseguir trovoadas à procura de provas directas.

“Estas coisas acontecem mesmo; nós vimo-las; agora sabemos que existem”, afirma McFarland.

As trovoadas são sistemas com turbulência eléctrica intensa. No interior das nuvens cumulonimbus, partículas de gelo e poeiras chocam e separam cargas, redistribuindo-as como se a nuvem fosse uma bateria gigantesca.

Quando a diferença entre essas cargas se torna suficientemente elevada, as correntes eléctricas podem descarregar de forma ruidosa, quer entre nuvens, quer entre nuvem e solo, na forma de relâmpagos.

No entanto, a troca eléctrica entre a Terra e a atmosfera nem sempre se manifesta como um relâmpago evidente. Por vezes, um desequilíbrio de carga “procura” o objecto mais próximo e sobe por uma árvore, aproveitando troncos e ramos húmidos como um caminho condutor.

Ao encontrar uma camada de ar isolante que impede a progressão, a carga acaba por se concentrar nas folhas e, a partir daí, emite uma ténue corona de luz ultravioleta.

Da bancada do laboratório ao campo: a abordagem de Patrick McFarland

A equipa de McFarland começou por observar o efeito em condições controladas. Colocaram pequenos abetos e áceres em vasos de plástico, por baixo de placas metálicas carregadas, para imitar nuvens de tempestade electrificadas a passar no céu. Em seguida, apagaram as luzes.

“Em laboratório, se se apagar toda a iluminação, se fechar a porta e se taparem as janelas, mal se conseguem ver as coronas. Parecem um brilho azulado”, explica McFarland.

Depois, para captarem estas faíscas quase imperceptíveis no ambiente natural, montaram uma Toyota Sienna de 2013 com uma estação meteorológica, um detector de campo eléctrico, um telémetro laser e um periscópio no tejadilho para encaminhar a luz para uma câmara de ultravioleta.

Porque é tão difícil ver a corona ultravioleta a olho nu

Mesmo quando a corona é gerada, a maior parte das pessoas não a conseguiria detectar: o ultravioleta encontra-se fora do espectro visível e, além disso, a própria atmosfera atenua parte do sinal. Por isso, o registo depende de sensores suficientemente sensíveis e de uma configuração óptica capaz de encaminhar e isolar a radiação relevante em meio a vento, chuva e variações rápidas do campo eléctrico.

O que os registos mostraram nas árvores durante a trovoada

À primeira vista, o vídeo recolhido não parece revelador: folhas de liquidâmbar (Liquidambar styraciflua) agitadas pelo vento de uma tempestade na Carolina do Norte.

Contudo, o sistema era sensível o bastante para identificar conjuntos de sinais ultravioleta ao longo dos ramos: foram contabilizados 41 clarões distintos, com durações entre 0,1 e 3 segundos.

Segundo os investigadores, estes clarões surgiam de forma irregular, “saltando de folha em folha e, por vezes, repetindo-se na mesma folha”. O padrão coincide com o que já tinha sido observado em experiências laboratoriais que simulavam a influência eléctrica das trovoadas.

Efeitos semelhantes foram também detectados em pinheiro-taeda (Pinus taeda) e em liquidâmbares ao longo de toda a costa leste dos Estados Unidos.

Com uma visão “sobre-humana”, diz McFarland, “acredito que se veria uma faixa de brilho no topo de cada árvore sob a trovoada”.

“Provavelmente pareceria um espectáculo de luz bastante impressionante, como se milhares de pirilampos a piscar em UV tivessem descido sobre as copas.”

Cada uma destas coronas emitiu cerca de 100 mil milhões de fotões, com um comprimento de onda em torno de 260 nanómetros, por cada fotograma do vídeo.

“Resultados semelhantes em mais quatro interceptações de tempestades, da Flórida à Pensilvânia, sustentam a visão de faixas de brilho de corona cintilante à medida que as trovoadas atravessam as florestas”, escrevem McFarland e colegas.

O que isto pode significar para a floresta e para a atmosfera

Os autores salientam que coronas tão disseminadas podem ter implicações na remoção de hidrocarbonetos emitidos pelas árvores, em danos subtis nas folhas e numa electrificação mais limitada das próprias trovoadas.

Ainda não é claro que impacto este fluxo eléctrico relativamente elevado poderá estar a ter nas árvores em todo o mundo.

Por exemplo, uma exposição repetida a estas descargas pode levar à morte de ramos superiores, de forma semelhante ao que acontece quando uma árvore forma um canal ascendente associado a uma descarga nuvem-solo.

Um novo caminho para monitorização florestal e química atmosférica

Se estas emissões ultravioleta forem mapeadas com mais campanhas e sensores, poderão ajudar a localizar zonas de campo eléctrico intenso sobre cobertos florestais e a melhorar modelos que ligam trovoadas, emissões biogénicas e reacções químicas no ar. Além disso, a detecção sistemática de coronas poderá vir a ser útil para compreender padrões de stress eléctrico em diferentes espécies e tipos de floresta.

No fecho, a equipa conclui que “os impactos destas coronas na química atmosférica, na ecologia florestal, na saúde e evolução das árvores e na electrificação das trovoadas têm de ser reavaliados e compreendidos”, sobretudo porque, com o aquecimento do clima, é expectável um aumento de trovoadas e, consequentemente, de coronas.

A investigação foi publicada na revista Cartas de Investigação Geofísica.