Метеорологам впервые удалось запечатлеть крошечные вспышки ультрафиолетового света, которые излучают деревья во время грозы. Ученые давно подозревали о существовании этого невидимого глазу феномена, полагая, что он возникает из-за электрического заряда проходящего шторма, индуцирующего ток в кронах деревьев. Это свечение, называемое короной, ранее удавалось воспроизвести только в лабораторных условиях, а его существование в дикой природе подтверждалось лишь косвенно, через странные изменения в электрических полях лесов.
Команда под руководством метеоролога Патрика МакФарланда из Университета штата Пенсильвания отправилась на охоту за грозами, чтобы получить неоспоримые доказательства. «Эти вещи действительно случаются; мы видели их; теперь мы знаем, что они существуют», — заявил МакФарланд.
Грозы представляют собой структуры с колоссальной электрической турбулентностью. В грозовых облаках происходит перераспределение зарядов, и когда разница между ними становится достаточно сильной, возникают молнии. Однако электрический обмен между землей и небом не всегда столь драматичен. Иногда дисбаланс заряда может накапливаться в ближайшем дереве, так как его насыщенные влагой ствол и ветви служат хорошим проводником. Заряд поднимается к листьям, но не может пробить слой изолирующего воздуха, накапливается на кончиках листьев и излучает слабую ультрафиолетовую корону.
Чтобы убедиться в реальности этого явления, исследователи сперва смоделировали его в лаборатории. Они поместили небольшие ели и клены в пластиковые горшки под заряженные металлические пластины, имитируя прохождение грозового облака, и выключили свет. «В лаборатории, если выключить весь свет, закрыть дверь и занавесить окна, можно едва разглядеть короны. Они выглядят как голубое свечение», — объяснил МакФарланд.
Затем команда отправилась выслеживать эти почти невидимые искры в дикую природу. Для этого они оснастили минивэн Toyota Sienna 2013 года метеостанцией, детектором электрического поля, лазерным дальномером и перископом на крыше, который направлял свет в ультрафиолетовую камеру. Полученное видео поначалу кажется непримечательным: на нем видны лишь листья амбрового дерева, колышущиеся на ветру во время шторма в Северной Каролине. Однако чувствительное оборудование зафиксировало на ветвях скопления ультрафиолетовых сигналов — 41 отдельную вспышку света продолжительностью от 0,1 до 3 секунд. Вспышки вели себя хаотично, «перепрыгивая с листа на лист, а иногда повторяясь на одном и том же листе», что полностью совпадало с лабораторными данными. Аналогичные эффекты наблюдались на соснах и других деревьях вдоль восточного побережья США.
По словам ученых, если бы у человека было сверхзрение, он бы увидел «эту полосу свечения на верхушках каждого дерева под грозой. Вероятно, это было бы похоже на крутое световое шоу, словно тысячи ультрафиолетовых светлячков опустились на верхушки деревьев». Каждая такая корона испускала около 100 миллиардов фотонов с длиной волны около 260 нанометров. Полученные результаты позволяют предположить, что обширные зоны мерцающего свечения могут возникать каждый раз, когда гроза проходит над лесом.
Ученые отмечают, что это открытие имеет значение для понимания процессов удаления углеводородов, выделяемых деревьями, возможного повреждения листвы и влияния на электризацию гроз. Какое воздействие этот относительно сильный электрический ток оказывает на деревья по всему миру, пока неясно. Например, повторное воздействие таких разрядов может убивать верхние ветви, подобно тому, как дерево становится лидером при ударе молнии в землю. Исследователи призывают пересмотреть влияние коронных разрядов на химию атмосферы, экологию лесов и здоровье деревьев, особенно в условиях потепления климата, когда количество гроз и, соответственно, коронных разрядов возрастает.
Исследование было в журнале Geophysical Research Letters.