Вперше в історії метеорології: корона з ультрафіолетового світла, що випромінюється деревами під час гроз
Метеорологи вперше зафіксували маленькі спалахи ультрафіолетового світла, які випромінюють дерева під час гроз. Вчені давно підозрювали існування цього невидимого явища, яке, як вважається, є наслідком електричного струму, що індукується зарядом проходячої бурі в деревах. Це світіння, відоме як корона, виникає в результаті накопичення заряду на кінчиках листя. Раніше його відтворювали в лабораторії та робили висновки з дивних змін електричних полів у лісах під час бурь. Проте, щоб дійсно повірити в це, команда на чолі з метеорологом Пенсільванського державного університету Патріком Макфарлендом вирушила на пошуки доказів.
«Ці речі дійсно відбуваються; ми їх бачили; тепер ми знаємо, що вони існують», — зазначає Макфарленд.
Природа гроз і електричних явищ
Грози — це структури з величезною електричною турбулентністю. Високі купчасті хмари містять безліч частинок льоду та пилу, що перерозподіляють заряди, подібно до величезної батареї. Коли різниця між цими зарядами стає достатньо великою, небесні струми можуть іскрити далеко над нашими головами або між хмарами та землею у вигляді блискавок.
Проте цей електричний обмін між землею та небом не завжди є таким драматичним. Іноді дисбаланс заряду може підніматися по найближчому дереву, оскільки вологі стовбури та гілки створюють зручний шлях. Обмежений шар ізолюючого повітря заважає прогресу заряду, який накопичується на листях дерева, де він слабко випромінює корону ультрафіолетового світла.
Експериментальна верифікація явища
Макфарленд і його команда вперше побачили корону, імітуючи це явище в лабораторії. Вони помістили маленькі ялинки та клени в пластикові горщики під заряджені металеві пластини, щоб змоделювати заряджені грозові хмари. Після цього вимкнули світло. «У лабораторії, якщо ви вимкнете всі вогні, закриєте двері та заблокуєте вікна, ви зможете ледве побачити корони. Вони виглядають як блакитне світло», — пояснює Макфарленд.
Далі команда вирушила на пошуки цих майже невидимих іскр у природі, обладнавши Toyota Sienna 2013 року метеорологічною станцією, детектором електричного поля, лазерним далекоміром та перископом, щоб спрямувати світло в ультрафіолетову камеру. Отримане відео спочатку виглядало не дуже вражаюче: листя Sweetgum (Liquidambar styraciflua), яке коливалося на вітрі бурі в Північній Кароліні. Проте обладнання команди було чутливим до кластерів ультрафіолетових сигналів через гілки, з 41 окремими спалахами світла, що тривали від 0,1 до 3 секунд.
Спостереження та результати
| Характеристика | Лабораторні спостереження | Польові спостереження |
|---|---|---|
| Вид спалаху | Блакитне світло | Ультрафіолетові спалахи |
| Тривалість спалаху | Не зазначено | 0,1 – 3 секунди |
| Частота спалахів | Не зазначено | 41 спалах |
Спостереження показали, що спалахи відбуваються спорадично, «перескакуючи з листка на листок і іноді повторюючись на тому ж листку», пояснюють дослідники. Це відповідає тому, що було раніше зафіксовано в лабораторних експериментах, які моделювали ефекти грози. Подібні ефекти спостерігалися у соснах Loblolly (Pinus taeda), а також у sweetgums вздовж усього східного узбережжя США.
З надлюдським зором, Макфарленд стверджує, «я вірю, що ви б побачили цей світловий смуга на верхівках кожного дерева під час грози». «Це, напевно, виглядало б як досить круте світлове шоу, ніби тисячі світлячків з ультрафіолетовими спалахами спустилися на верхівки дерев». Кожна з цих корон випромінювала близько 100 мільярдів фотонів на довжині хвилі близько 260 нанометрів для кожного кадру відео.
Висновки та можливі наслідки
«Схожі результати з чотирьох додаткових спостережень бурі від Флориди до Пенсильванії дають підстави для уявлень про смуги іскристого коронного світла, коли грози проходять над лісами», — пишуть Макфарленд і його команда. «Такі широко розповсюджені корони мають значення для видалення вуглеводнів, що випромінюються деревами, тонкого ушкодження листя дерев та обмеженої електрифікації гроз. Який вплив цей відносно великий електричний струм може мати на дерева по всьому світу, поки що незрозуміло.
Наприклад, повторне піддавання цим електричним сплескам може вбити верхівкові гілки дерева, так само як коли дерево формує верхній лідер блискавки в ударі «з хмари на землю». «Впливу цих корон на атмосферну хімію, екологію лісів, їх здоров’я та еволюцію, а також електрифікацію гроз потрібно переоцінити та зрозуміти, особливо в умовах потепління клімату», — підсумовує команда.
Дослідження було опубліковане в Geophysical Research Letters.