Em junho de 2024, um grupo de pesquisadores de meteorologia e ciências atmosféricas da Penn State fez uma viagem ao longo da Costa Leste em um Toyota Sienna 2013 modificado. A van está equipada com instrumentos meteorológicos retráteis personalizados que se projetam do teto. O objetivo deles era rastrear as tempestades quase diárias de verão na Flórida e observar um fenômeno que nunca havia sido confirmado fora do laboratório.
Esse fenômeno, denominado descarga corona, envolve a formação de uma pequena corrente elétrica nas pontas das folhas. Esses pulsos elétricos fracos fazem com que as copas das árvores emitam um brilho sutil na faixa ultravioleta (UV). Durante mais de 70 anos, os cientistas suspeitaram que as florestas podem produzir estes efeitos durante tempestades devido à actividade incomum do campo eléctrico, mas a evidência directa na natureza permaneceu ilusória.
Um mistério de longa data finalmente passa por um teste de campo
A equipe de pesquisa incluiu William Brune, ilustre professor de meteorologia e ciências atmosféricas; Patrick McFarland, estudante de doutorado na mesma área; Jena Jenkins, professora assistente de pesquisa; e David Miller, ex-professor de pesquisa associado agora no Laboratório de Pesquisa Aplicada da Penn State. O objetivo era registrar pela primeira vez descargas corona que ocorrem naturalmente.
A Flórida foi escolhida por suas frequentes tempestades, o que pareceu ideal para este estudo. Porém, o clima não colaborou como esperado. Durante três semanas, McFarland e Brune ficaram de olho nas tempestades de curta duração que se dissiparam rapidamente, deixando-os sem quaisquer dados úteis.
Observações inovadoras na Carolina do Norte
Isso mudou quando a equipe começou a retornar para Penn State. Tempestades grandes e persistentes a oeste da Interestadual 95. Aproveitando a oportunidade, os pesquisadores pararam na Universidade da Carolina do Norte em Pembroke e instalaram o dispositivo no estacionamento. Eles apontaram seus instrumentos para os galhos superiores de uma árvore liquidambar a cerca de 30 metros da van.
A tempestade durou quase duas horas, trazendo fortes chuvas e relâmpagos frequentes. Durante este período, a equipe registrou descargas corona em árvores de eucalipto e, à medida que a tempestade enfraqueceu, atividade semelhante foi observada em pinheiros loblolly de agulhas longas próximos. Estas observações marcam a primeira detecção confirmada de descargas corona num ambiente natural. As descobertas foram posteriormente publicadas na Geophysical Research Letters.
“Isto apenas mostra que a descoberta científica ainda é um trabalho em progresso”, disse McFarland, principal autor do artigo. “Por mais de meio século, os cientistas pensaram que a corona existia, mas isso prova isso.”
Como as descargas corona se formam durante as tempestades
Os pesquisadores dizem que as descargas corona ocorrem devido a fortes desequilíbrios elétricos durante as tempestades. As nuvens de tempestade geram grandes quantidades de carga negativa, que atraem cargas positivas para o solo. Essa carga positiva viaja para cima pela árvore, concentrando-se nos pontos mais altos, como as pontas das folhas.
Nestas minúsculas estruturas semelhantes a cabelos, o campo eléctrico torna-se suficientemente forte para produzir um brilho fraco que é visível tanto na luz visível como na ultravioleta. A radiação ultravioleta produzida por esse processo pode quebrar as moléculas de vapor d’água, causando a formação de grupos hidroxila.
Química atmosférica e efeitos de purificação do ar
A hidroxila desempenha um papel fundamental na atmosfera como seu principal oxidante. Os oxidantes ajudam a remover poluentes, reagindo com produtos químicos no ar e convertendo-os em substâncias mais fáceis de eliminar. Estas reações envolvem compostos libertados pelas árvores, bem como poluentes produzidos pelos seres humanos, incluindo o metano, um potente gás com efeito de estufa.
Os primeiros trabalhos da equipe sugerem que as descargas corona podem ser uma fonte importante desses purificadores atmosféricos dentro da copa da floresta. Isto torna este fenômeno potencialmente importante para a qualidade do ar e os processos climáticos.
Insights de laboratório e confirmação de campo
Os pesquisadores têm estudou antes Este efeito foi obtido em experimentos controlados. Ao aplicar pulsos elétricos de alta tensão e baixa corrente a galhos de árvores, eles encontraram uma estreita ligação entre a luz ultravioleta produzida pela descarga corona e a produção de grupos hidroxila. Durante estas experiências e observações de campo recentes, também observaram pequenos danos nas folhas no ponto de formação da coroa.
Para observar esse fenômeno ao ar livre, a equipe criou o Coronal Observing Telescope System. O instrumento é um telescópio newtoniano conectado a uma câmera sensível aos raios ultravioleta. Inclui recursos de geolocalização, sensores para medir correntes atmosféricas e calibração usando uma lâmpada de mercúrio. O sistema bloqueia os comprimentos de onda ultravioleta do Sol, de modo que apenas corona, relâmpagos e fogo produzem sinais detectáveis.
Capturando centenas de eventos corona
Usando este sistema na Carolina do Norte, a equipe de pesquisa registrou 859 eventos corona em árvores liquidambar e 93 eventos corona em pinheiros loblolly. McFarlane disse que a duração de cada evento variou de uma fração de segundo a vários segundos. Observações adicionais foram feitas em quatro espécies de árvores diferentes durante quatro tempestades adicionais.
“É quase invisível a olho nu, mas os nossos instrumentos podem ver grandes extensões da coroa cintilante à medida que as tempestades passam”, disse McFarland. “Uma coroa tão extensa pode ter um impacto na remoção de hidrocarbonetos emitidos pelas árvores, danos sutis às folhas e pode ter efeitos mais amplos na saúde das árvores, das florestas e da atmosfera”.
Perguntas abertas sobre árvores e meio ambiente
Embora a equipa de investigação tenha confirmado que as descargas corona ocorrem na natureza, muitas questões permanecem. Os pesquisadores querem saber se esses eventos elétricos prejudicam as árvores ou proporcionam algum benefício. Estão também a investigar se as árvores se adaptaram para tolerar ou mesmo explorar este processo, e se a limpeza atmosférica resultante poderia beneficiar os ecossistemas florestais.
Para explorar estas questões, os cientistas começaram a trabalhar com ecologistas e biólogos de árvores. O seu trabalho pode produzir novos insights sobre como as florestas interagem com a atmosfera e como essas interações afetam a saúde ambiental.
A pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation e Bruun, Jenkins e Miller foram coautores.
