Атмосфера Земли всегда более или менее наэлектризована, даже в хорошую погоду. Напряженность этого электрического поля зависит от многих физических и геологических факторов (осадки, аэрозоли, радиоактивность, загрязнение, вулканизм и т.д.). Британские исследователи недавно определили еще один фактор, который может объяснить наблюдаемые вариации потенциального градиента: насекомые. Их электрический заряд может привести к изменениям, сравнимым с метеорологическими процессами.
В атмосфере существуют многочисленные источники электрического заряда, которые могут влиять на такие природные явления, как агрегация капель и перенос пыли и аэрозолей. Известно, что атмосферное электрическое поле зависит от физических и геологических процессов, но никто не рассматривал потенциальное влияние биологических источников. Выявленных на сегодняшний день абиотических факторов недостаточно для объяснения часто наблюдаемых вариаций градиентов атмосферного потенциала, что говорит о том, что другие причины еще предстоит обнаружить.
Поэтому исследователи предположили, что организмы, живущие в нижних слоях атмосферы, могут вносить свой вклад в эти колебания электрического поля. Хорошо известно, что насекомые, в частности, присутствуют в нижних слоях атмосферы с высокой плотностью. Кроме того, было доказано, что многие виды летающих насекомых несут электрический заряд, варьирующийся от нескольких пикокулонов до нескольких нанокулонов на особь. "Эти наблюдения подтверждают гипотезу о том, что крупные скопления воздушных насекомых являются важным источником пространственного заряда в атмосфере", — отмечают исследователи.
Повышение напряжения почти до 1000 вольт
Ранее команда исследовала, как различные организмы используют статические электрические поля. В частности, они показали, что пчелы и пауки используют электрические поля, окружающие цветы, для кормежки и миграции. "В основном мы всегда рассматривали, как физика влияет на биологию, но в какой-то момент мы поняли, что биология может влиять и на физику", — объяснил доктор Эллард Хантинг, эколог из Бристольской школы биологических наук и первый автор .
Чтобы изучить, насколько насекомые могут влиять на атмосферное электрическое поле, исследователи изучили воздействие роя пчел в месте, содержащем несколько ульев, используемых для исследования. Электрический эффект оценивался с помощью монитора электрического поля и обзорной камеры, расположенной рядом с роем. "В течение примерно трех минут часть мигрирующего роя проходила над монитором электрического поля. Это выявило увеличение чистого положительного градиента потенциала (PG) на 100 В/м при максимальной плотности", — сообщает команда.
Эти результаты показывают, что пчелиный рой содержит достаточно заряда для воздействия на атмосферный GP, пропорционально плотности роя. Во время других роевых событий команда наблюдала чистое положительное увеличение атмосферного GP, достигающее почти 1000 В/м при максимальной плотности.
Плотность заряда выше, чем у грозовых облаков
Различные насекомые (Hymenoptera, Orthoptera, Lepidoptera и др.) могут образовывать чрезвычайно большие и плотные рои (до 10 насекомых/m3), покрывающие участки суши площадью до 1000 км2. Исследователи хотели оценить влияние таких стай, особенно саранчи, на местные атмосферные электрические поля. "Используя рассуждения, схожие с теми, что были использованы для пчел, наш анализ показывает, что рои саранчи способны изменять местную электрическую среду до масштабов, сравнимых с погодными явлениями", — заключают авторы.
Затем команда сравнила свои результаты с плотностью метеорологических зарядов, найденных в литературе, при различных условиях (полуясная погода, грозы, пыльные бури). Данные показывают, что стаи саранчи (Schistocerca gregaria) способны превышать плотность нагрузки, наблюдаемую в грозовых облаках! С другой стороны, Lepidoptera (мотыльки и бабочки) из-за своей низкой средней плотности (около 0,01 насекомых/м3), по-видимому, не представляют собой существенный источник атмосферной нагрузки в связи с метеорологическими явлениями.
Таким образом, данное исследование подчеркивает неизученную роль насекомых в электрической изменчивости атмосферы. Это важно, поскольку в настоящее время этот фактор не учитывается в современных климатических моделях, которые стремятся отразить сложное взаимодействие между излучением и частицами. Однако, поскольку атмосферный пространственный заряд усиливает агрегацию и перемещение переносимых по воздуху частиц, можно предположить, что пространственный заряд, создаваемый насекомыми, также способствует пространственным изменениям переносимых по воздуху частиц.
"Если мыслить шире, то соединение биологии и физики может помочь решить многие головоломные проблемы, например, почему крупные частицы пыли обнаруживаются так далеко от Сахары, что невозможно объяснить с помощью существующих идей", — говорит профессор Джайлс Харрисон, физик атмосферы из Университета Рединга и соавтор исследования.
Следует отметить, что наблюдаемое явление, вероятно, относится и к другим организмам в атмосфере, несущим электрический заряд, таким как микробы и птицы. "Было бы интересно изучить, как эти организмы взаимодействуют с другими атмосферными процессами, такими как потоки ионов и аэрозолей", — заключает Хантинг.