Campo Eletrico Terrestre

O campo elétrico da Terra



Se as moléculas dos gases que compõem a atmosfera terrestre fossem eletricamente neutras estaríamos sob um grande cobertor isolante ou não condutor. Entretanto, devido ao constante bombardeio por raios cósmicos (prótons de alta velocidade) que o planeta sofre, alguns íons positivos ou negativos estão sempre presentes na atmosfera. Essa ionização produzida pelos raios cósmicos aumenta com a altitude, ao passo que a densidade (relação entre massa e volume) diminui, tornando os íons ainda mais livres, o que implica em aumento da condutividade. Acima da altitude de 50 km, a atmosfera se constitui em um condutor relativamente bom. Um modelo simples da Terra e sua atmosfera são mostrados na figura abaixo, onde aparece um espaço mau condutor entre a camada externa (Ionosfera) e o planeta. Essa camada mau condutora se estende até 50 km de altura.

Já foi possível verificar que existe, perto da superfície terrestre, um campo eletrostático radial (em torno da circunferência) de aproximadamente 100 V/m (Volts por metro). O campo enfraquece com a altitude, fazendo com que a diferença de potencial total entre a Terra e a camada condutora seja próxima de 400.000 Volts. O sentido com campo elétrico é para baixo, de modo que a Terra possui uma camada superficial negativa e a Ionosfera possui carga positiva.

Se considerarmos a Terra uma esfera de raio igual a 5.000 km, sua área será de aproximadamente 3 x 1014 m³, de modo que a carga superficial é de cerca de 3 x 105 C (Coulombs).

Como a atmosfera não é um isolante perfeito, ela é atravessada por uma corrente, dirigida para baixo, no mesmo sentido que o campo eletrostático (íons positivos para baixo e íons negativos para cima). A corrente total sobre a superfície da Terra é razoavelmente constante e de cerca de 1800 A (Ampères). Nessas condições, o tempo necessário para neutralizar toda a carga superficial do planeta, se esta não fosse recomposta de alguma forma, seria de apenas dois a três minutos.

A carga, no entanto, permanece constante, levando a crer que exista um mecanismo bombeando cargas positivas para cima e cargas negativas para baixo, num sentido oposto às forças eletrostáticas do campo elétrico. A natureza desse mecanismo não é bem conhecida, mas acredita-se que o processo deva sofrer forte influência das constantes tempestades que se espalham pelo planeta. De algum modo, formam-se íons positivos e negativos durante uma tempestade, sendo os íons positivos conduzidos para cima e os negativos para baixo por meio de correntes de ar. Essas mesmas correntes são impulsionadas pelas diferenças de temperatura e pressão, de modo que no final das contas quem promove todo o movimento é a energia radiante do sol que chega até nós.

Dessa forma, a superfície terrestre pode ser considerar um enorme gerador de Van der Graff imerso num meio condutor. Em vez da correia se movendo, é o movimento da atmosfera que transporta as cargas no sentido oposto ao da força eletrostática. As cargas voltam por condução através da atmosfera inferior. A diferença de potencial entre os terminais desse grande gerador é de 400.000 V e a corrente, 1800 A. Assim, a potência do sistema é 700 MW (MegaWatts). É algo mínimo quando comparado com a potência gerada pela usina de Itaipu (14000 MW). Até mesmo centrais elétricas de médio porte superam essa potência.

Uma coisa é certa: sem esse sistema a vida no planeta não seria como a conhecemos.