As pequenas colisões dão energia às tempestades de poeira

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08 de agosto de 2013
Por: Sophie Bushwick, Contribuidora do ISNS
(ISNS) – Tempestades de poeira podem varrer milhões de toneladas de solo e mandar o turbilhão de poeira a milhares de quilômetros de distância. Muito embora essas tempestades pareçam ser enormemente poderosas, parte de sua força na verdade deriva da fonte mais aparentemente insignificante: as colisões em pleno ar entre os grãos de poeira ou areia.
Quando as partículas em suspensão no ar se chocam contra o chão durante uma tempestade de poeira, elas lançam as partículas que repousavam no solo, para atmosfera, da mesma forma que uma ventania recolhe as gotículas d’água de um lago. Este processo, chamado saltação, carrega ainda mais poeira e debris para a atmosfera. Algumas dessas partículas vão voar como saltons, enquanto que as assim chamadas reptons caem de volta e se assentam sobre o solo.
Porém um novo estudo publicado na Physical Review Letters sugere que o destino de uma partícula depende de mais fatores do que estes derrame sobre o solo. Uma colisão em pleno ar pode modificar o comportamento individual de uma partícula — e o movimento da tempestade como um todo.
Para examinar os efeitos dessas colisões, uma equipe internacional de pesquisadores criou um modelo tri-dimensional de computação que incorpora o comportamento de partículas individuais durante uma tempestade de poeira, dando a cada partícula o tamanho aproximado de um grão de areia.
Quando os cientistas mandavam sua simulação ignorar essas colisões em pleno ar, o fluxo da tampestade ficava três vezes mais fraco do que quando o computador levava em conta essas colisões. Isso soa meio contra-intuitivo — seria de se esperar que ir de encontro a um obstáculo fosse encurtar a trajetória de uma partícula, não aumentá-la. No entanto, as colisões em pleno ar podem criar mais saltons que voam mais alto, o que acrescenta mais poeira à tempestade.
“Os saltons passam a maior parte do tempo no ar e, por causa disso, ganham mais velocidade graças às interações com os ventos”, explica o co-autor Nuno Araújo do Instituto de Materiais de Construção de Zurique. “Assim, quando eles colidem com o chão, causam um efeito splash maior”.
Claramente, os saltons podem contribuir para a intensidade de uma tempestade. Porém sua criação depende de colisões com o chão, não com outras partículas em suspensão no ar, ao menos de acordo com o modelo original. O novo estudo afirma que esse quadro está errado. Para começo de conversa, os reptons se dividem em duas categorias distintas: os rastejantes que mantêm o contato com o chão, e os saltadores que dão pequenos saltos sobre a superfície.
“Quando os saltons tentam voltar e tocar o chão, eles colidem com esses saltadores”, explana Araújo. “Em vez de caírem direto no chão, eles tocam um e tocam outro. O que estamos explicando agora é que esses saltons são criados devido ao histórico de colisões que eles têm em pleno ar, não durante o splash. Na maioria das vezes, é quando estão no meio do salto que os saltadores colidem com outras partículas e se tornam saltons”.
Além de poder incluir ou excluir as colisões em pleno ar em suas tempestades de poeira, os pesquisadores também podiam alterar várias propriedades de suas partículas simuladas. Isto os ajudou a encontrar os fatores que maximizariam o fluxo de debris voadores.
Os cientistas descobriram que uma tempestade fica mais forte quando for feita do tipo de partículas que percam cerca de 30% de sua energia cinética em uma colisão. E – surpresa!… – grãos de areia preenchem estes requisitos.
A areia é o material perfeito para aumentar a intensidade de uma tempestade de poeira, o que explica por que as tempestades de areia podem ser tão destrutivas. Além de jogarem o solo de um lado para o outro, tempestades de poeira e areia contribuem para a erosão, danos a obras humanas e uma pletora de problemas de saúde, desde asma até os fungos aeromóveis que causam a febre do vale de San Joaquin.
Para se preparar adequadamente para essas tempestades e, quem sabe, impedir que a poeira se torne voadora, para começar, os cientistas precisam fazer modelos de tempestades de poeira tão acurados quanto possível. “Não se pode começar observando um modelo e identificar exatamente quais serão os locais de onde a poeira pode subir”, afirma William Sprigg, da Universidade do Arizona em Tucson.
Uma vez que os pesquisadores saibam a fonte da poeira, eles podem tentar mantê-la no chão, usando vários métodos, desde a proibição de veículos recreacionais, o que permite que a área mantenha uma crosta firme, até a mais trabalhosa colocação de redes com sementes, o que criaria uma vegetação de superfície para manter o solo fixo.
Embora a incorporação do novo estudo possa acrescentar novas informações para os modelos de tempestades de poeira, alguns deles já provaram sua capacidade. Por exemplo, o Dust REgional Atmosphere Model, (DREAM = Modelo Regional de Poeira) da Universidade do Arizona, desenvolvido por Slobodan Nickovic. Em julho de 2011, o DREAM previu a massiva tempestade de poeira que engolfou a cidade de Phoenix, Arizona.
Tal como descreve Sprigg, “Essa poeira tem quilômetros de altura, cerca de 60 km de profundidade. E nosso modelo se saiu muito bem na previsão do que essa tempestade iria se tornar com dois dias de antecedência”.
E enquanto as novas informações sobre as colisões em pleno ar podem auxiliar os sistemas de previsão de tempestades de poeira, também tem outras aplicações. Afinal, a saltação não afeta apenas a formação de tempestades de poeira, ela também contribui para a movimentação dos solos dos desertos.
Como explica Araújo, “Esta mudança de comportamento no transporte em massa pode modificar o que sabemos acerca da formação e evolução das dunas”.

Sophie Bushwick é uma escritora de ciências freelance da cidade de Nova York. Seus trabalhos já foram publicados em vários meios de comunicação impressos e online.

 

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