Artigo por André Ferreira da Silva.

 

Em um dia de céu limpo, você certamente já deve ter observado bem longe, um avião comercial deixando sua trilha “de nuvem” no céu enquanto passa.

Em inglês essa espécie de “nuvem” é chamada de contrails, e, segundo o dicionário Collins, “é uma trilha branca de vapor de água condensado que às vezes se forma no caminho de uma aeronave”.

O nome vem da fusão das palavras:

CONdensation (condensação) + TRAIL (trilha) = CONTRAIL

Em português, alguns já falaram de “rastros de condensação”, mas aqui eu as chamarei de Contrilhas. E afinal, o que são as contrilhas? Como se formam? Por que algumas somem e outras permanecem? Existe algum possível impacto ambiental associado a elas?

A seguir tentaremos responder essas perguntas a partir de conceitos básicos de físico-química e, ao final, iremos realçar um pouco mais de teoria que provavelmente fisgará o leitor mais sedento.


Seguiremos como referência, principalmente, dois artigos da NASA (Airspace: Contrails (Museum in a Box) e Understanding Contrails) e o livro Meteorology Today de Donald Ahrens.

 

O que são contrilhas?

Dependendo das condições atmosféricas (de temperatura e umidade) nas altitudes de cruzeiro em que normalmente voam os aviões comerciais (acima de 8km), os gases da exaustão dos motores podem fornecer a energia necessária para que o vapor de água na atmosfera em volta do avião se condense e forme cristais de gelo em torno das partículas de fuligem produzidas pela combustão que acontece nos motores.

Os gases de exaustão também contêm vapor de água que podem contribuir para a formação dessa nuvem de gelo que vai se formando conforme o avião passa.

Como a formação das contrilhas requer condições especiais de pressão e temperatura, esse fenômeno só começou a ser observado quando os aviões conseguiram voar em altitudes mais elevadas (por volta de 1920). Mas não ganharam a devida atenção até a Segunda Guerra Mundial, quando o rastro branco no céu tornava gritante a presença dos aviões bombardeiros.

As contrilhas podem ser classificadas em três tipos:

  • Contrilhas de curta-duração: duram poucos minutos e desaparecem logo após a passagem da aeronave. Ocorre quando a atmosfera seca não consegue sustentar o vapor de água na forma de gelo e ele logo volta a sublimar;
Figura 1. Contrilhas de curta duração (NASA).

 

  • Contrilhas persistentes (sem espalhamento): se apresentam como longas linhas brancas que permanecem por até uma hora após a passagem da aeronave. Acontece quando a umidade da atmosfera está mais favorável para que o gelo se conserve por mais tempo, sem sublimar;
Figura 2. Contrilha persistente sem espalhamento (NASA).

 

  • Contrilhas persistentes com espalhamento: se formam sob as mesmas condições das persistentes sem espalhamento só que em presença de massa de ar instável ou turbulenta, fazendo com que ela se apresente num formato mais parecido com uma nuvem tipo cirro.
Figura 3. Contrilhas persistentes com espalhamento.

E já que estamos falando de classificação, é importante ressaltar o que não são contrilhas.

Também em condições atmosféricas específicas, é possível observar rastros brancos saindo das pontas das asas (ou dos hiper-sustentadores como flaps e slats) durante pousos e decolagens. Isso não é contrilha, mas tão somente vórtices de vapor de água que se condensam devido à baixa pressão em partes específicas da asa, no mágico processo de geração da força de sustentação (assunto para outro artigo).

Esse vídeo acima mostra vórtices condensados formados nos flaps durante um pouso.

 

Possíveis impactos ambientais das contrilhas

Podemos dizer que as contrilhas são nuvens de gelo feitas pelo homem e, assim, em largas proporções têm o potencial de afetar o clima da Terra. É exatamente esse tipo de impacto que as pesquisadoras Lisa Bock e Ulrike Burkhardt do DLR (Centro Aeroespacial Alemão) têm estudado.

Elas alegam que, alterando a cobertura global de nuvens na Terra, as contrilhas podem afetar o balanceamento entre o calor recebido e o calor refletido pela superfície (eventualmente refletido de volta pelas nuvens) e isso pode representar um fator de aquecimento da atmosfera tão significativo quanto àqueles associados às emissões de gás carbônico produzido pelos motores (de combustão) das aeronaves.

Figura 4. Contrilhas sobre o sul dos Estados Unidos, vistas do espaço (NASA).

Lisa Block atenta ao fato de que os acordos ambientais em escala global devem também considerar os impactos de emissões que não são de gás carbônico, como é o caso das contrilhas. A pesquisadora estima que esse impacto climático irá triplicar em 2050, se considerarmos as previsões de tráfego aéreo para o mesmo ano.

De fato, se checarmos o relatório da Associação Internacional de Transportes Aéreos (ou International Air Transport Association, IATA) sobre o tráfego aéreo previsto para 2050, as possibilidades de compartilhamento de informação entre as aeronaves e entre os controladores de tráfego aéreo abrirão muitas possibilidades (veja a seção 4.2.7 do relatório), incluindo, por exemplo, a diminuição da distância mínima requerida entre duas aeronaves no ar. Isso permitiria aumentar o número de aviões no espaço aéreo.

Entretanto, até 2050, ainda não sabemos dizer se isso significaria necessariamente que teríamos aumento de nuvens de contrilhas no céu. Podemos indicar, pelo menos, dois motivos para isso:

  1. As melhorias tecnológicas nos motores no sentido de diminuir a quantidade de fuligem na exaustão, resulta em diminuição do impacto climático causado pelas contrilhas, uma vez, que, como vimos, as partículas de fuligem servem de núcleo de cristalização para a formação do gelo. Esse fato é citado pela própria Ulrike Burkhardt no artigo citado anteriormente. Ela sinaliza, no entanto, que essa redução precisaria ser substancial (em torno de 90%) para uma efetiva diminuição no impacto ambiental;
  2. O futuro será dos motores elétricos. Ou pelo menos essa é a grande aposta da indústria hoje. É verdade que para que tenhamos motores elétricos capazes de fornecer o empuxo que um A380 precisa para se mover, por exemplo, teremos ainda um longo caminho a percorrer. Entretanto, segundo o próprio CEO da Airbus, Guillaume Faury, antes disso, provavelmente aprenderemos bastante com os “carros voadores”.

A seguir vamos um pouco mais a fundo nos modelos científicos a fim de explicar a formação das contrilhas, começando pelos conceitos de pressão de vapor e umidade relativa do ar.

 

Pressão de vapor da água e umidade relativa do ar

Se considerarmos água líquida em um determinado recipiente fechado, quando as moléculas (na fase líquida) obtêm energia suficiente para se desprender das forças intermoleculares que as mantêm na fase líquida, elas passam para fase gasosa. Esse é um processo que pode acontecer naturalmente e que, nesse caso, chamamos de evaporação.

Considere, por exemplo, um recipiente fechado com água. O processo de evaporação ocorrerá até que a pressão exercida pelo vapor de água seja igual à chamada pressão máxima de vapor e nesse caso, um equilíbrio dinâmico se estabelece, no qual, moléculas de água se desprendem da superfície líquida para a fase gasosa, ao mesmo tempo que algumas moléculas na fase gasosa se condensam na fase líquida. Nesse momento, dizemos que o ar está saturado.

Dependendo das condições de temperatura e pressão, esse mesmo fenômeno pode até envolver a passagem da fase sólida (gelo) para a gasosa (vapor) e vice-versa. Podemos consultar o diagrama de fases para prever qual será a fase da água em uma determinada condição de temperatura e pressão.

Para entender a formação das nuvens e, consequentemente das nossas contrilhas, podemos enxergá-las como uma mistura saturada de ar e vapor de água. Nesse contexto, podemos tomar como uma medida útil, a umidade relativa do ar, que segundo Donald Ahrens em seu livro Meteorology Today, é um conceito frequentemente mal compreendido porque ele não indica a quantidade de vapor de água presente no ar, mas representa o quão próximo o ar está da saturação.

Em outras palavras, a umidade relativa do ar é a razão de quanto vapor de água está presente no ar sobre a quantidade de vapor de água que “cabe” no ar naquelas condições de temperatura e pressão. Ou seja:

Pondo em termos mais matemáticos, podemos calcular a umidade relativa através da relação entre a razão de mistura do vapor de água no ar (ou seja, quantos gramas de vapor de água há em cada kg de ar) pela razão de mistura de saturação.

Traçando um gráfico que nos mostra a relação entre a razão de mistura e a temperatura, podemos entender melhor (de maneira extremamente simplificada) a formação de nuvens.

Esse gráfico é utilizado por Ahrens para explicar o processo de formação de neblina (página 121 da 9ª edição do Meteorology Today) e o artigo da Nasa utiliza o mesmo gráfico, de forma esquemática, para explicar a formação das contrilhas. Reproduzimos esse gráfico na Figura 5.

Figura 5. Relação de razão de mistura e a formação de nuvens.

Suponha que A seja uma parcela de ar frio e seco e B uma parcela de ar quente e com uma razão de mistura de vapor de água maior que A, ou seja, mais úmida. O encontro dessas duas parcelas pode seguir para uma condição de equilíbrio que se estabilizará em alguns dos pontos mostrados na curva amarela (1, 2, 3, 4). Se for o caso do ponto 2, teremos formação de nuvem

Esse processo explica a formação de neblina, que pode ser entendida como uma nuvem de baixa altitude. Pode explicar também o curioso fenômeno que para mim era somente cinematográfico (e surreal) até me mudar para o sudeste do Brasil: a “fumacinha” que sai da boca quando a gente fala, em alguns dias frios. Nesse caso, voltando ao gráfico da Figura 5, o ponto A seria a condição da atmosfera a nossa volta, o ponto B seria a parcela de ar da nossa expiração.

Durante a dissipação dessa parcela de ar, do ponto B ao ponto A, seguindo a linha amarela do gráfico, na hora que a mistura passar pelo ponto 2, veremos a “fumacinha”, que rapidamente se dissipa.

 

Contrilhas se formando

De posse do gráfico da Figura 5, temos finalmente ferramentas suficientes para explicar as contrilhas.

Abaixo está descrito cada um dos elementos do gráfico.

  • A: Condição atmosférica do ar em torno do avião voando, a pelo menos 10km de altitude
  • B: Mistura da exaustão de ar dos motores do avião, contendo vapor de água, partículas de fuligem e a uma temperatura bem mais alta do que a do ponto A;
  • Ponto 1. O ar da exaustão dos motores vai esfriando e cruza a curva de saturação do vapor de água e é aí que começam a se formar as contrilhas;
  • Ponto 2. Gotas de água se congelam em cristais de gelo;
  • Ponto 3. Gotas de água evaporam mas os cristais de gelo persistem;
  • Ponto 4. Cristais de gelo se sublimam e as contrilhas se dissipam.

Note que a área hachurada representa a região propícia à formação de gelo, cuja nucleação é facilitada pelas partículas de fuligem presentes no ar de exaustão dos motores.

Perceba também que a posição do ponto A, ou seja, a condição atmosférica em torno do avião, é o que determinará o tipo de contrilha que se formará: por exemplo, a reta amarela pode somente tangenciar a curva de condensação (borda do bloco azul que demarca a presença de nuvem no gráfico acima) e nesse caso, ela não será persistente; por outro lado, se o ponto A se encontra na região hachurada, os cristais de gelo permanecem e, consequentemente, as contrilhas persistentes serão observadas.

Figura 6. Contrilhas no céu de Blagnac, França, em uma manhã do outono de 2019.

Dando uma olhada no espaço aéreo europeu no Flight Radar 24, fica fácil de imaginar porque lá, as manhãs às vezes parecem ser tecidas por pássaros de alumínio e compósito ao invés dos galos de João Cabral de Melo Neto (A educação pela pedra, 1996). Não tenho certeza se trágico, mas certamente belo.

 

Artigo e Texto Originalmente produzido por Andre Ferreira da Silva.

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Com adaptações do Portal Aeroflap, para a ‘linguagem’ web.

 

Referências:

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