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Sobre o Sul do Brasil ocorre um fenômeno, desconhecido da maioria dos brasileiros, chamado Anomalia Geomagnética do Atlântico Sul. O estudo de seus efeitos é importante para se compreender as implicações das induções das correntes elétricas e magnéticas, além dos efeitos das radiações sobre o ambiente. 

Anomalia Geomagnética do Atlântico Sul.

Os campos magnéticos do Sol e da Terra não são constantes: distendem-se, contraem-se, evoluem ao longo do tempo. Sobre a região Sul do Brasil ocorre uma anomalia do campo magnético da Terra. A esta foi dado o nome de Anomalia Geomagnética do Atlântico Sul, (South Atlantic Geomagnetic Anomaly, SAGA). Seus efeitos atingem os Cinturões de Radiação de Van Allen, fazendo-os se aproximar mais do solo nessa região. O fenômeno da ocorência do cinturão de radiação não é exclusivo somente à Terra. Foi detectado em outros planetas do sistema solar como Júpiter, Saturno, Marte e Vênus. E também reproduzível artificialmente através de explosões nucleares na alta atmosfera ou em laboratório. (Figuras embaixo à esquerda e direita respectivamente)

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A ocorrência da anomalia se dá entre –90º a +40º de longitude e –50º até a linha do Equador. Portanto, a América do Sul está sob seus efeitos. A Anomalia gera Correntes Geomagneticamente Induzidas de baixa freqüência, além de criar condições anômalas na ionização da ionosfera. Entre estas, está o espelhamento de correntes elétricas ionosféricas associadas à variação nos campos geomagnéticos causadas pelas partículas energizadas que penetram na atmosfera. O estudo das influências das anomalias, comprova que estas não causam condições anômalas somente na propagação de RF. Seus efeitos ainda não são totalmente compreendidos, pois a sua influência insere elementos de baixíssima freqüência não somente à ionosfera mas também na superfície terrestre. Esta gira em torno de 1 Hz ou menos.

Embaixo: Anomalia Geomagnética do Atlântico Sul em 1978 e 2005.

A ocorrência de uma anomalia gera perturbações em todos os sistemas elétricos de grande comprimento físico que se encontram na superfície da Terra. Já foi comprovado que ao ser detectado o fenômeno geomagnético e sua localização, haverá também perturbações elétricas em regiões contíguas à localidade da ocorrência primária. E quanto mais próximo do epicentro, maiores os efeitos ocasionados pelas anomalias. (PINTO, L., MACEDO, L.H., DRUMMOND, M.A., SZCZUPAK, J.S., Possibilidades da influência de Fenômenos Geomagnéticos nas Perturbações Elétricas Ocorridas no SIN, Ano 2000, Relatório ENGENHO, 2004 ).

Ocorrência

As partículas que são ejetadas do Sol para o espaço, podem mover-se na direção da Terra a uma velocidade de 450km/s, levando de poucas horas até alguns dias para chegar ao nosso planeta. Ao atingir a ionosfera, dependendo do grau de ionização,  causam as chamadas tempestades solares.

As cargas das partículas ionizadas em movimento, formam correntes elétricas de alta altitude que se fazem acompanhar de severas alterações de campo magnético terrestre na região. As correntes iônicas induzem correntes-imagem de baixa freqüência na superfície do Planeta. 

Devidas características de propagação do fenômeno e sua magnitude, os efeitos podem varrer a região que está sujeita às Correntes Induzidas Geomagneticamente, (Geomagnetical Induced Currents, GICs). O fenômeno das ''correntes geomagneticamente induzidas (GICs)'' é conhecido nos Estados Unidos e Canadá. Sabe-se que são quase contínuas e induzidas com freqüências bem inferiores a 1 Hz, afetam sistemas de comunicação, operações de satélites e sistemas elétricos de potência.

As linhas de transmissão de energia elétrica de grande potência, longas e paralelas, situadas sobre rochas ígneas (originárias do manto da Terra, ricas em materiais magnéticos), podem sofrer as influências de indução com a geração de harmônicos que poderão causar disparos aleatórios nos sistemas de segurança e proteção, deflagrando assim um desligamento do sistema, por exemplo, pois este pode ''interpretar'' que a linha foi atingida por um raio de grandes proporções, o que na realidade não ocorreu.

As GICs se aproximam de um pulso de corrente contínua que se propaga pelas linhas de transmissão e inclusive através do solo. Pode ser induzida em qualquer sistema de transmissão, desde linhas telefônicas até linhas de trem. A espessura do isolamento (Blindagem) proporcionado pelos cinturões de Van Allen é significativamente menor na região da anomalia, tornando mais fácil a penetração das partículas carregadas (Radiação ionizante e não ionizante) provindas do Espaço exterior.

A NASA, face aos danos que costumavam ocorrer em seus satélites quando passavam sobre a região Sul do Brasil, principalmente, resolveu alterar suas rotas. A consequência imediata de uma anomalia é que, para uma dada altitude, a intensidade da radiação nessa região intensifica-se. Na região da Anomalia, o cinturão aproxima-se da Terra, reduzindo-se a espessura da camada de proteção (Blindagem), e a intensidade de radiação é mais alta nesta região porque ocorre um "mergulho" no campo magnético terrestre. Os satélites e outras espaçonaves com órbitas a algumas centenas de quilômetros e com inclinações orbitais entre 35° e 60° passam periodicamente pela região da anomalia, ficando expostos durante algum tempo à radiação muito intensa. A ISS (International Space Station), cuja órbita tem uma inclinação de 51.6°, necessitou de um revestimento extra para protegê-la das fortes radiações. O Hubble Space Telescope não faz observações enquanto está passando sobre a região da anomalia. O  fluxo de prótons a 850 km de altitude gira em torno de 9.5x10^-3 cm² por segundo. A ocorrência da anomalia sofre um deslocamento em direção oeste com velocidade em torno de 0.3° por ano, esta é muito próxima da rotação diferencial entre o núcleo da Terra e sua superfície, estimada estar entre 0.3° e 0.5° por ano, indicando assim uma co-relação entre os dois parâmetros.

A Anomalia e seus efeitos em Linhas de Transmiissão

Numa análise em linhas de transmissão de energia elétrica de alta potência no Brasil, foi detectado que 96% dos casos avaliados estavam diretamente ligados às ocorrências da Anomalia Geomagnética do Atlântico Sul. (PINTO, L., MACEDO, L.H., DRUMMOND, M.A., SZCZUPAK, J.S., Possibilidades da influência de Fenômenos Geomagnéticos nas Perturbações Elétricas Ocorridas no SIN, Ano 2000, Relatório ENGENHO, 2004 ).

A Ionosfera, Magnetosfera e a Troposfera

Acredita-se existir um inter-relacionamento entre os fenômenos físicos no meio-ambiente terrestre. O estudo da ionosfera e da magnetosfera, devida sua complexidade, deve ser incrementado. A análise da formação da ionosfera é dependente das influências ionizantes da radiação solar e das partículas cósmicas na estrutura da atmosfera terrestre. O campo geomagnético, e a magnetosfera solar estão intimamente ligados, aquele atua diretamente nesta. A produção iônica na alta atmosfera, é dependente da densidade do fluxo de radiação incidente, das partículas aceleradas, das partículas do meio ionosférico, e da eficiência de ionização do meio no momento em que é receptor da energia provinda do Sol, do Cosmos e da influência dos campos magnéticos que interagem entre si. A eficiência de ionização é função do comprimento de onda de ionização (Ou energias das partículas), é dependente da composição química da atmosfera e da estrutura física que a forma, além das forças e campos que se interagem. Existem duas alturas onde a produção de elétrons pela ionização de nitrogênio molecular e atômico e oxigênio molecular atinge a máximos, a 100 Km de altitude,  é devida aos raios X incidentes cujos comprimentos de onda são menores de 10 nm e à radiação ultravioleta com comprimentos de onda próximos à 100 nm, e a 170 Km, é produzida pela radiação em comprimentos de onda de 20 a 80 nm,

Morfologia e formação da Ionosfera

A partir da produção iônica, os elétrons livres tendem a recombinar-se com os íons positivos e a unir-se a moléculas neutras para formar assim íons negativos. Os elétrons também podem sair de um determinado volume por difusão ou se deslocar para longe sob as influências dos gradientes de temperatura e de pressão, das forças gravitacionais ou dos campos elétricos e magnéticos estabelecidos por ionizações próximas e seus movimentos. A densidade eletrônica em determinada altitude é dada pela equação de continuidade em termos do balanço entre os efeitos de produção e perda. As densidades  dos elétrons à noite em geral são mais baixas do que durante o dia porque as taxas de produção são reduzidas. Podemos observar facilmente a distribuição de densidades de elétrons em alturas diferentes durante o dia e a noite quando notamos as diferenças que ocorrem, em distância e qualidade de recepção das ondas de rádio. A ionização é contínua ao longo de uma ampla faixa de altitudes, porém, existem algumas regiões de altura que possuem certas particularidades. Estas são facilmente mapeadas. Appleton as denominou camadas D, E, F1 e F2. De todas camadas iônicas, a camada E é a região ionosférica mais regular, esta apresenta uma dependência sistemática de máxima densidade eletrônica com o ângulo do zênite solar, cujas variações são até certo modo previsíveis, pois são diurnas, sazonais e geográficas. Existe também uma dependência previsível quanto à densidade eletrônica em relação às mudanças da radiação solar que acompanham as flutuações irradiantes do astro em longo prazo, isto é, são dependentes do estado solar momentâneo, e este é cíclico. A máxima densidade eletrônica (Elétrons livres) na camada E seguem em proporcionalidade o número de manchas solares, cuja variação temporal segue o ciclo solar.  Na camada F, temos variações temporais de sua divisão em F1 e F2. Esta divisão ocorre durante o dia, sendo a F1 a mais baixa, e a F2 a mais alta. O mecanismo que gera a divisão surge devido processo de trocas íons-átomos, seguido pela recombinação dissociativa, a primeira parte, ou o primeiro processo controla as taxas de perdas da camada F2, e o último na camada F1. Embora a produção máxima de íons seja sempre na camada F1,  esta resulta na máxima densidade elétron-iônica na camada F2, onde as taxas de perdas iônicas são mais baixas. A máxima densidade elétron-iônica na camada F1 segue rigorosamente a taxa de ionização da camada E, porém existem modificações significativas e menos previsíveis na altitude da camada.

É sabido que a altura e a máxima densidade iônica e eletrônica na camada F2 estão sujeitas à grandes variações dependentes das condições solares e que têm importantes conseqüências para a propagação das ondas de radiofreqüência. Algumas das alterações na camada F2 são sistemáticas, mas também ocorrem variações importantes resultantes das condições elétricas da atmosfera inferior. Existem indícios de que a região F2 sofre uma grande influência devido transporte iônico a diferentes alturas ao longo das linhas de força do campo geomagnético influenciado também pela magnetosfera solar, neste caso, pode-se deduzir que as anomalias geomagnéticas podem influir na propagação de radiofreqüência, pelo menos em F2. Sabe-se também que estas condições variam à medida em que sofrem a interação com os ventos termosféricos em latitudes altas e médias, além, também, de receber influência dos campos elétricos em baixas latitudes.

As irregularidades na região F, são responsáveis pelo retroespalhamento da emissão de RF em determinadas freqüências que dependem do estado iônico (Densidade iônica e eletrônica)  da Ionosfera. Os efeitos sobre a camada F2, tomados em conjunto com as conhecidas variações na composição atmosférica, podem explicar largamente as suas características que foram consideradas anômalas em comparação à camada E.

As variações diurnas no máximo de densidade elétron-iônica nas regiões polares nas estações do ano onde ocorre a completa escuridão, demonstram máximas densidades eletrônicas em alguns locais de latitude média às vezes deslocados de algumas horas do dia local com maior densidade de elétrons no inverno do que no verão, e nas baixas latitudes, variações de longitude enlaçadas mais para o equador magnético* do que para o equador geográfico apontam para as influências geomagnéticas sobre a ionização, o que se deve aprofundar neste estudo. Portanto, é provável que exista a interação de densidade eletrônica no equador magnético, e máximos ao norte e ao sul, onde a inclinação magnética é de cerca de 30°. Em todas as latitudes, as densidades eletrônicas  na camada F2, assim como nas camadas E e F1, aumentam com o aumento do número das manchas solares. As densidades dos elétrons em alturas acima do máximo da camada F2 são controladas principalmente pelos processos de difusão.

A camada D demonstra grande variabilidade e sua estrutura é fina. É a camada menos estudada da ionosfera. As únicas radiações ionizantes que penetram nas camadas superiores e contribuem para a formação da camada D são os raios X cujos comprimentos de onda menores chegam a 2 nm e a radiação a-Lyman em 121,6 nm. As prováveis reações químicas  responsáveis por sua formação envolvem principalmente o óxido nítrico e outros constituintes da atmosfera, pouco se conhece ainda qual a influência do campo geomagnético na região. Porém sabe-se que a D é a principal responsável pela absorção da RF devidas colisões de elétrons na altitude onde esta ocorre. As densidades eletrônicas na parte superior da camada D são aparentemente encadeadas com as da camada E, pois existem variações sistemáticas latitudinais, temporais e de ciclos solares em absorção. São constatadas variações de absorção irregulares de forma aparentemente aleatória (Acredita-se que aí podem haver influências do geomagnetismo). Nas latitudes médias são notadas altas absorções anomalamente em certos dias durante o inverno. Provavelmente estas anomalias estão relacionadas ao aquecimento da estratosfera e provavelmente está associada às modificações na composição da camada D. Nota-se na parte inferior da camada D, abaixo dos 70 Km, que a ionização é produzida principalmente pelos raios cósmicos energéticos que ocorrem durante todo o dia . Os elétrons livres gerados pelos raios cósmicos tendem a se colidir e se unir a moléculas para formar íons negativos à noite, sendo desprendidos pela radiação solar durante o dia. A ionização na camada D inferior assim como a da sua parte superior, é muito maior durante o dia do que à noite. No entanto, as densidades eletrônicas na camada D inferior, estando relacionadas à incidência de raios cósmicos, são reduzidas com o aumento no número de manchas solares. Existe uma ionização adicional da camada D, presume-se, que é produzida nas altas latitudes pelas partículas que chegam , dirigidas ao longo das linhas de força do campo geomagnético. Os elétrons energéticos, com grande probabilidade de serem provindos do Sol, produzem os eventos de absorção auroral característica sobre uma faixa estreita em latitudes de cerca de 10°, estes associados às regiões aurorais visuais.

Retirado de: *http://www.oocities.org/br/troposfera_e_ionosfera_py5aal/index.htm

Campo magnético terrestre

O campo magnético terrestre se assemelha a um dipólo magnético com seus pólos próximos aos pólos geográficos da Terra. Uma linha imaginária traçada entre os pólos sul e norte magnéticos apresenta uma inclinação de aproximadamente 11,3º relativa ao eixo de rotação da Terra. A teoria do dínamo é a mais aceita para explicar a origem do campo, que estende-se por dezenas de milhares de quilômetros no espaço, formando a chamada magnetosfera. 

Cinturão de Van Allen

O Cinturão de Van Allen é uma região onde ocorrem vários fenômenos atmosféricos devidas concentrações de partículas no campo magnético terrestre, descobertas em 1958 por James Van Allen. As radiações de Van Allen não ocorrem, salvo raras exceções nos pólos, e sim na região equatorial, estas formam dois cinturões em forma de anéis, com centro no equador. O mais interno se estende entre as altitudes de mil e cinco mil quilômetros, sua intensidade máxima ocorre em média aos três mil quilômetros, consiste de prótons altamente energéticos, que se originam pelo decaimento de nêutrons produzidos quando raios cósmicos vindos do espaço exterior colidem com átomos e moléculas da atmosfera terrestre, parte dos nêutrons é ejetada para fora da atmosfera e se desintegra em prótons e elétrons ao atravessar esta região do cinturão. Essas partículas se movem em trajetórias espirais ao longo de linhas de força do campo magnético terrestre.

Embaixo anomalia geomagnética do equador.

Embaixo: Anomalia Geomagnética do Atlântico Sul.