Como se forma a chuva, granizo e neve?

Colaboração de Ricardo Vilela

A água, diferentemente das outras substâncias, é encontrada na atmosfera nos estados sólido, líquido e gasoso. O vapor d’água está presente principalmente nos níveis inferiores da troposfera, camada atmosférica que vai da superfície terrestre até aproximadamente 12 km, e a pressão exercida por esse vapor está em função da temperatura e da densidade.

Em determinado nível da troposfera ocorre a saturação, ou seja, a razão entre a pressão de vapor e a pressão de vapor de saturação é igual a 1. Nessa situação, a umidade relativa é 100% e é onde encontramos a base das nuvens. Numa condição de supersaturação (onde ao valor da saturação é maior que 1), o vapor d’água se aglutina sobre núcleos de condensação de nuvens (NCN) que são partículas em suspensão na atmosfera que possuem afinidade com a água. Esse processo de crescimento da gotícula é devido, portanto, à difusão de vapor e condensação.

Nuvens cumulus e cumulus fractus - o cinza é devido à iluminação, não significa que vá gerar chuva. Foto: ViniRoger.

Nuvens cumulus e cumulus fractus – o cinza é devido à iluminação, não significa que vá gerar chuva. Foto: ViniRoger.

Se a nuvem atingir altura suficiente de modo que exista uma região nela com temperatura abaixo de 0ºC, o vapor sublima sobre núcleos de gelo, formando cristais de gelo e as gotículas de água presentes nessa região começam a congelar. Porém, nessa região, nem todas as gotículas congelam, e as que se mantêm no estado líquido são chamadas de gotículas super-resfriadas. Isso caracteriza a região da nuvem conhecida como fase mista, onde coexistem cristais de gelo, vapor d’água e gotículas super-resfriadas, e nessa região o crescimento dos cristais de gelo é explicado pelo Processo de Bergeron, que se baseia no fato de que a pressão de vapor de saturação sobre o gelo é maior do que sobre a água, fazendo com que nessa região o ar esteja saturado/subsaturado em relação à água e supersaturado em relação ao gelo, permitindo que os cristais de gelo cresçam as custas da evaporação da água líquida.

Uma gotícula de nuvem ou cristal de gelo são imperceptíveis ao olho humano, porém em grande quantidade são capazes de produzir um espalhamento da luz suficientemente grande de modo que se torna possível enxergá-los, configurando assim uma nuvem.

Chuva

Em nuvens que possuem uma quantidade negligenciável de gotículas maiores que 18 micrômetros, o crescimento das gotículas se restringe à condensação e, em geral, não são produzidas gotas de tamanho precipitável. Porém, se a nuvem possui uma população de gotas maiores, o processo de colisão e coalescência é ativado e desenvolve a precipitação. A estabilização do tamanho da gotícula depende da supersaturação em que ela se encontra. Gotículas muito pequenas precisariam de valores muito elevados de supersaturação para se estabilizarem, o que não ocorre em uma situação real na nuvem, com isso essa seleção natural faz com que essas gotículas acabem evaporando. Já gotículas que conseguiram atingir um determinado raio crítico, conseguem sobreviver mesmo se a supersaturação diminuir. A estabilização da gota, que ocorre a partir de um raio crítico, depende de uma combinação de propriedades do soluto (NCN) e da água pura.

Chuva em São Paulo/SP vista do terraço do IAG-USP em Fevereiro de 2016. Foto: ViniRoger

Chuva em São Paulo/SP vista do terraço do IAG-USP em Fevereiro de 2016. Foto: ViniRoger

O processo de colisão seguido da coalescência é restrito aos hidrometeoros no estado líquido, o que contempla as gotículas de nuvem e as gotas de chuva e é o processo mais efetivo na produção da precipitação. Ele consiste na captura de gotículas por uma gota coletora que, por ser maior, vence a força de empuxo que a mantém suspensa e cai colidindo com gotículas menores. Quando as partículas colidem pode ocorrer o rebatimento da gotícula, a coalescência, como também pode ocorrer a quebra da gota coletora caso o choque seja próximo a parte central da gota. Além desses processos, também pode ocorrer a coalescência seguida da separação ou quebra em várias gotículas menores. O processo de coalescência ocorre repetidas vezes, aumentando a massa da gota coletora e fazendo com que ela consiga sair da base da nuvem devido a ação da gravidade, podendo chegar à superfície, caracterizando então a chuva. A precipitação líquida também pode ocorrer devido a neve, graupel ou granizo que derreteram na queda.

Granizo

O granizo se forma em nuvens convectivas, que são aquelas que podem atingir alturas de até 18 km e possuem fortes correntes de ar ascendentes e descendentes. Esse tipo de nuvem está associado a taxa elevada de precipitação, ventos fortes e intensa atividade elétrica.

A partir de determinada altura nas nuvens convectivas, a temperatura observada é inferior a 0ºC, possibilitando portanto a nucleação de cristais de gelo sobre núcleos de gelo ou o congelamento de gotículas super-resfriadas. Um cristal de gelo recém-criado em uma região com gotículas de água está em um ambiente extremamente favorável para crescer por difusão.

Quando os cristais de gelo entram em contato com água super-resfriada (processo de acreção), e o congelamento da água não é imediato, se forma o granizo. Por estar em uma região turbulenta da nuvem, o granizo se movimenta guiado pela força gravitacional e pelas correntes ascendentes e subsidentes, descrevendo trajetórias em ciclos na vertical. A cada ciclo descrito pelo granizo ele captura gotículas de água super-resfriada em seu caminho aumentando assim sua massa até que chega um ponto em que seu peso é tão grande que as correntes ascendentes não são capazes de mantê-lo em ascensão ou suspenso e ele sai da base da nuvem, em alguns casos, com tamanho suficiente para chegar à superfície, mas também pode derreter no caminho, o que comumente acontece.

Marcas de granizo ocorrido em 13 de maio de 1986 em uma olaria em Jaguariúna/SP. Acervo: Museu de Meteorologia - Parque CienTec.

Marcas de granizo ocorrido em 13 de maio de 1986 em uma olaria em Jaguariúna/SP. Acervo: Museu de Meteorologia – Parque CienTec.

Já foram observados granizos em superfície de até 20 cm de diâmetro, e devido aos estragos provocados por esse tipo de hidrometeoro, esse tipo de tempestade é de interesse de diversos setores como agricultura e empresas de seguro.

Neve

A neve se forma em nuvens estratiformes, onde diferentemente das convectivas, é observada baixa taxa de precipitação, e baixo desenvolvimento vertical. O processo dominante na formação dos flocos de neve é o de agregação, que ocorre quanto um cristal de gelo coleta outros cristais de gelo. Como na nuvem estratiforme não são encontradas intensas correntes ascendentes, os flocos de neve não necessitam atingir um peso elevado para precipitar, portanto, se a temperatura da atmosfera abaixo da nuvem for inferior a 0ºC, é possível observar neve em superfície.

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