Деревья светятся во время гроз: учёные доказали

Во время грозы верхушки деревьев испускают едва различимое свечение — крошечные электрические вспышки, которые десятилетиями предсказывались в теории, но никому не удавалось поймать вживую. В июне 2024 года группе учёных из Пенн-Стейта это всё-таки удалось — прямо с парковки университетского кампуса в Северной Каролине.

Семьдесят лет гипотез — и первое полевое наблюдение

Явление называется коронным разрядом. Во время грозы грозовые облака накапливают отрицательный заряд, а земля под ними — положительный. Этот заряд поднимается вверх по стволам и ветвям деревьев, концентрируясь на кончиках листьев. Там электрическое поле становится достаточно интенсивным, чтобы воздух вокруг начал светиться — слабо, преимущественно в ультрафиолетовом диапазоне.

С 1950-х годов физики фиксировали аномальную электрическую активность в лесах во время гроз и связывали её именно с этим эффектом. Лабораторные опыты подтверждали: если подать высокое напряжение на ветку дерева, она начнёт светиться и производить гидроксильные радикалы. Но увидеть то же самое в природе не получалось.

До июня 2024 года.

Три недели в погоне за грозами во Флориде

Команда из четырёх человек выехала на Восточное побережье в переоборудованном минивэне Toyota Sienna 2013 года с телескопическим метеоприбором на крыше. Уильям Брун, заслуженный профессор метеорологии Пенн-Стейта, Патрик Макфарланд — аспирант того же факультета, Джена Дженкинс и Дэвид Миллер. Цель — поймать коронные разряды в условиях реальной грозы.

Флорида была выбрана из-за высокой грозовой активности летом. Три недели Макфарланд и Брун колесили по штату за короткими, быстро рассыпающимися грозами — без результата. Штормы рассеивались прежде, чем удавалось выставить оборудование.

Парковка в Северной Каролине и два часа дождя

На обратном пути в Пенсильванию к западу от шоссе I-95 выросли крупные затяжные грозы. Команда съехала с дороги и остановилась на парковке Университета Северной Каролины в Пемброке. Примерно в тридцати метрах от минивэна росла ликвидамбарная смоковница — её и направили в прицел телескопа.

Гроза длилась почти два часа. За это время приборы зафиксировали 859 коронных событий на ликвидамбаре и ещё 93 — на лоблолийской сосне неподалёку, когда шторм начал слабеть. Отдельные вспышки длились доли секунды, другие — несколько секунд. Результаты опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.

«Это доказывает то, в чём учёные были убеждены больше полувека», — сказал Макфарланд, ведущий автор статьи.

Чем это важно для химии атмосферы

Ультрафиолетовое излучение коронных разрядов расщепляет молекулы водяного пара, запуская образование гидроксильных радикалов. Гидроксил — главный окислитель атмосферы: он вступает в реакцию с органическими соединениями, выделяемыми самими деревьями, а также с метаном и другими антропогенными загрязнителями, переводя их в менее вредные формы.

Предыдущие лабораторные эксперименты команды показали связь между ультрафиолетовым свечением коронных разрядов и выработкой гидроксила. В полевых наблюдениях та же закономерность подтвердилась. На листьях в точках разряда также заметны незначительные повреждения — как в лаборатории, так и в природе.

Телескоп, заблокировавший солнечный свет

Наблюдать коронные разряды на открытом воздухе крайне трудно: солнечное ультрафиолетовое излучение перекрывает любой слабый сигнал. Для этого команда разработала собственную систему — Corona Observing Telescope System: телескоп Ньютона с ультрафиолетовой камерой, геолокационным модулем, датчиками атмосферного электричества и калибровочной ртутной лампой. Фильтр отсекает солнечный ультрафиолет, оставляя в поле зрения только три источника сигнала — коронные разряды, молнии и огонь.

«Почти невидимое глазу, но через наши приборы — целые полосы мерцающего свечения над лесом во время грозы», — описал картину Макфарланд.

Деревья умеют удивлять — и коронные разряды далеко не единственное тому свидетельство. На планете есть виды, которые выглядят так, будто их придумали не природа, а художник: самые необычные деревья мира — живые легенды.

Вопросы, которые остались без ответа

Подтвердив существование явления, исследователи столкнулись с новым кругом вопросов. Вредят ли коронные разряды деревьям или, напротив, у лесов выработалась какая-то устойчивость к ним? Влияет ли этот процесс на здоровье лесного полога в масштабах, которые можно измерить? Команда начала сотрудничество с экологами и биологами, специализирующимися на деревьях.

Всего в ходе экспедиции коронные разряды были зафиксированы ещё во время четырёх гроз и на четырёх других видах деревьев — помимо ликвидамбары и лоблолийской сосны.