Prever furacões, alertar sobre terremotos, controlar fenômenos atmosféricos globais - esse é o sonho da ciência moderna, que estuda os complexos de causas que estão por trás deste ou daquele evento. O vento furacão é uma das áreas de pesquisa da física atmosférica, que tem previsto com bastante sucesso as trajetórias dos vórtices por muitos anos, mas ainda não pode prever sua força e, portanto, a escala de possível destruição.
Há 20 anos, a pesquisa gira em torno da equação do furacão, que é derivada de nossa compreensão do mecanismo de sua formação. Digamos que um furacão se forma sobre o oceano. Isso ocorreu devido ao aumento convectivo do ar quente e úmido, condensação do vapor d'água com a liberação de calor latente de vaporização. Mas se definirmos os números necessários em vez de variáveis, de forma alguma obteremos uma velocidade do vento tão alta que pode ser observada na realidade.
É sabido que quanto mais vento, mais ondas na superfície da água. As ondas são uma “aspereza” natural que cria a força de atrito entre o vento e a superfície. Se considerarmos o equilíbrio entre a entrada de energia e sua absorção devido ao atrito, verifica-se que quanto mais forte o vento, maior será essa absorção. Ou seja, as ondas deveriam “extinguir” o vento, mas na realidade isso não acontece.
Um turbilhão sobre Hamburgo. 7 de junho de 2016 / AP Photo / DPA / Monika Zucker
No final dos anos 90, o pesquisador americano Kerry Emanuel propôs uma hipótese "maluca" que não encontrou resposta no meio científico. Ele sugeriu que o atrito diminui, e a resistência da superfície do oceano, ao contrário, diminui com o aumento do vento. Mas isso não pode ser?
Então, em 2003, um artigo foi publicado na revista Nature descrevendo um fenômeno semelhante. Desde o final da década de 1990, o Centro de Observação de Furacões da Administração Oceânica e Atmosférica dos Estados Unidos tem conduzido regularmente medições de campo da velocidade do vento dentro de ciclones tropicais usando sondas GPS em queda. Com base na generalização dos resultados dessas medições, também foi demonstrado que o coeficiente de resistência da superfície do mar é significativamente inferior ao valor obtido extrapolando os dados de medição em ventos "normais".
Em seguida, os funcionários do Departamento de Processos Geofísicos Não-Lineares do Instituto de Física Aplicada da Academia Russa de Ciências de Nizhny Novgorod se uniram na compreensão desse problema.
Instituto de Física Aplicada RAS em Nizhny Novgorod / Foto: Domínio público
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“Nossa ideia era simples: vamos repetir esses experimentos em laboratório. Vamos criar uma "fatia" do furacão e ver o que acontece com a superfície da água. Além disso, é aí onde! " - disse Yulia Troitskaya, Doutora em Ciências Físicas e Matemáticas, Chefe do Departamento de Processos Geofísicos Não Lineares.
Ela explicou que o instituto tem uma instalação única, o "Complexo de povoamentos geofísicos de grande porte", que inclui uma bacia termoestratificada com canal de ondas de alta velocidade. Este complexo está incluído no registro de instalações de importância nacional na Rússia.
USU "Complexo de arquibancadas geofísicas em grande escala" (KKGS) / Instituto Federal de Pesquisa de Física Aplicada da Academia Russa de Ciências
Os experimentos com modelagem de furacões realizados no Instituto de Física Aplicada de Nizhny Novgorod produziram resultados surpreendentes. Com a ajuda de uma câmera de vídeo japonesa de alta velocidade com velocidade de filmagem de até meio milhão de quadros por segundo, foi possível registrar os processos que deram uma compreensão dos fundamentos da formação de um vento forte durante um furacão. Ficou claro que de fato existe uma “suavização” das ondas, o que leva a uma diminuição do atrito e da resistência. Foi possível provar um fato impossível de acreditar.
Formação e desprendimento de gotas durante ventos de furacão / Instituto de Física Aplicada RAS (Nizhny Novgorod)
Além disso, os cientistas perceberam que o efeito de "suavização" nem mesmo é tão importante para a formação de ventos fortes em comparação com o mecanismo eficaz de respingos.
Yulia Troitskaya explica: “Estávamos interessados em saber: como exatamente ocorre esse 'alisamento'? Como o vento sopra das cristas? E de repente, em câmera lenta, vimos uma certa "vela" inflando em uma espécie de bolha, que estourou, formando muitos respingos. Em estudos relacionados à fragmentação de líquidos, essas “velas” já foram descobertas, pois os cientistas estudaram ativamente o mecanismo de injeção de combustível líquido em motores de combustão interna. Na literatura inglesa, esse efeito é denominado bag breakup - "bolsa rasgada". Em nossa literatura científica, às vezes é chamada de fragmentação do "tipo pára-quedas".
O processo de formação de gotas em ventos de furacão / Ilustração de RIA Novosti. A. Polyanina
Cientistas contaram as gotas e perceberam que foi encontrado o mecanismo mais eficiente de geração de respingos, o que muda muito o quadro da ocorrência de furacões. Anteriormente, acreditava-se que respingos são formados na ruptura de bolhas flutuantes e sua quantidade é incomensuravelmente menor. Descobriu-se que, se recalcularmos os resultados do experimento de laboratório de Nizhny Novgorod para as condições naturais, a formação desses fortes ventos de furacão torna-se mais compreensível. Os cientistas perceberam que é um mecanismo eficaz para o fluxo de energia em ventos de furacão, portanto, em breve será possível prever a capacidade destrutiva de um ou outro furacão.
Anna Urmantseva
