Niewidzialna burzowa „zorbora” nad lasem: naukowcy nagrali ją pierwszy raz

Amerykańscy badacze od lat podejrzewali, że drzewa w czasie nawałnic biorą udział w ukrytym spektaklu elektrycznym. Dopiero szalona burzowa wyprawa w przerobionej Toyocie, z dachem zastawionym aparaturą, dała im pierwsze niepodważalne nagrania tego zjawiska.

Tajemnicza poświata nad drzewami

Gdy nadchodzi burza, większość z nas patrzy w górę: na chmury, błyskawice i grzmoty. Tymczasem tuż nad koronami drzew rozgrywa się dodatkowy „seans”, całkowicie dla nas niewidoczny.

Naukowcy z Pennsylvania State University zarejestrowali nad lasem dziwną, pulsującą poświatę, która sprawia, że w ultrafiolecie całe korony drzew lekko jarzą się w ciemności. Zjawisko to w naturze zaobserwowano po raz pierwszy – wcześniej istniało wyłącznie w modelach i przypuszczeniach.

Podczas silnej burzy drzewa stają się elementem gigantycznej, planetarnej „baterii”, a ich liście wypluwają w niebo miliardy niewidocznych fotonów.

Badacze od dawna wiedzieli, że roślinność reaguje na potężne ładunki elektryczne w chmurach, ale brakowało im twardego, wizualnego potwierdzenia. Teraz mają je w postaci nagrań w ultrafiolecie.

Jak burza zamienia drzewa w świetlne anteny

Podczas nawałnicy chmury burzowe zachowują się jak gigantyczna bateria. Między ziemią a jonosferą – warstwą atmosfery zaczynającą się około 50–80 km nad nami – pojawia się ogromne napięcie, rzędu 250 tysięcy woltów. Błyskawice ładują ten układ, a spokojna pogoda stopniowo go rozładowuje.

Badacze opisują to jako globalny obwód elektryczny planety, w którym burze grają rolę ładowarki, a bezchmurne niebo – powolnego „zjadacza” energii.

Drzewa stoją dokładnie pośrodku tej elektrycznej „szarpaniny”. Podczas burzy wilgotne pnie zaczynają przewodzić ładunek. Napięcie powoli wspina się od ziemi po korze i tkankach, aż dociera do liści w koronach.

W ich pobliżu powietrze staje się tak mocno naładowane, że zaczyna się wyładowywać w formie drobnych błysków ultrafioletu. Badacze nazywają to zjawisko koroną elektryczną. Nie ma ona nic wspólnego z koroną królewską – to termin z elektrotechniki na określenie świecącej poświaty wokół silnie naładowanych obiektów.

Stara Toyota zamieniona w mobilne laboratorium

Problem w tym, że te błyski są zbyt słabe i zbyt „fioletowe”, by zobaczyć je gołym okiem. Dlatego zespół z USA musiał wyjść z laboratorium i ruszyć w teren z całym zestawem czujników.

Najpierw przeprowadzili próby w kontrolowanych warunkach. W laboratorium, gdy podłączali małe drzewka do wysokiego napięcia, nad ich liśćmi pojawiała się delikatna, niebieskawa poświata w ultrafiolecie. To był sygnał: w prawdziwym lesie powinno dziać się coś bardzo podobnego.

Kolejny krok wymagał sporej kreatywności. Naukowcy przerobili leciwą Toyotę Sienna na mobilne laboratorium do pogoni za burzami. Na dachu zamontowali:

• kamerę czułą na ultrafiolet, rejestrującą zjawiska niewidoczne dla oka,
• małą stację pogodową do pomiaru warunków podczas przejazdu,
• lasery pomocne w precyzyjnym wyznaczaniu kierunku i zasięgu obserwacji.

Tak przygotowani ruszyli śladem burz od Karoliny Północnej aż po Pensylwanię. Czekali, aż nad lasami przetoczą się najaktywniejsze komórki burzowe, i wówczas uruchamiali nagrania.

Efekt? Na monitorach zobaczyli setki drobnych, błyskawicznych rozbłysków, przeskakujących z liścia na liść. Każdy z nich wysyłał miliardy fotonów w nocne niebo, tyle że w zakresie, którego ludzkie oko po prostu nie rejestruje.

Naukowcy są przekonani, że ta świetlna gra w koronie drzew to element codziennej aktywności burz, tylko dotąd nikt nie miał odpowiedniego „zmysłu”, żeby ją zarejestrować.

Ukryta cena świetlnego spektaklu

Choć brzmi to jak romantyczna, leśna iluminacja, dla samych drzew ta elektryczna aktywność nie jest obojętna. Wyładowania koronowe to w gruncie rzeczy małe szoki elektryczne zachodzące bezpośrednio przy delikatnych tkankach liści i cienkich gałęzi.

Badacze ostrzegają, że takie powtarzające się napięcia mogą z czasem uszkadzać najwyższe partie koron. Zmienione warunki elektryczne wpływają też na skład chemiczny powietrza – w pobliżu korony pojawia się więcej reaktywnych cząsteczek, które w dużym natężeniu mogą być niekorzystne zarówno dla roślin, jak i drobnych organizmów żyjących na liściach.

Do tego dochodzi szerszy kontekst: klimat coraz szybciej się zmienia, a wraz z nim rośnie częstotliwość oraz intensywność burz w wielu regionach. Jeżeli prognozy się sprawdzą, leśna „korona elektryczna” może działać znacznie częściej niż w przeszłości.

Dla ekosystemów oznacza to dodatkowy stres. Drzewa i tak mierzą się z suszą, upałami, nowymi szkodnikami. Silniejsze i częstsze burze dorzucają im kolejny czynnik – tym razem wprost w koronach, gdzie zachodzi fotosynteza i wzrost młodych pędów.

Co badanie mówi o naszej planecie

Opisane wyniki trafiły do czasopisma naukowego „Geophysical Research Letters”. Z pozoru to wąska, fizyczna ciekawostka, ale w praktyce dotyka kilku większych zagadnień.

Po pierwsze, lepiej rozumiemy, jak działa globalne pole elektryczne Ziemi. Burze nie są tylko widowiskiem z piorunami. To część większego układu, w którym chmury, powietrze, powierzchnia planety i roślinność nieustannie wymieniają ładunki.

Po drugie, badanie pokazuje, że drzewa robią znacznie więcej niż tylko pochłanianie dwutlenku węgla i produkowanie tlenu. Włączają się też w zjawiska, które do tej pory kojarzyliśmy głównie z liniami wysokiego napięcia czy urządzeniami elektrycznymi.

Las podczas burzy nie jest biernym tłem – staje się żywą, elektryczną częścią atmosfery, choć dla naszych oczu wciąż pozostaje ciemnym konturem na horyzoncie.

Jak wyobrazić sobie to zjawisko?

Żeby łatwiej to zobrazować, można porównać je do lampy jarzeniowej. W świetlówce gaz rozświetla się pod wpływem wysokiego napięcia. W koronach drzew rolę „lampy” gra cienka warstwa powietrza między liściem a otoczeniem, a napięcie dostarcza burza nad lasem.

Różnica jest taka, że świecenie zachodzi w ultrafiolecie i w bardzo krótkich impulsach. To trochę tak, jakby ktoś w pokoju migał lampą tysiące razy na sekundę w kolorze, którego nie jesteśmy w stanie zobaczyć – bez specjalnych czujników nigdy byśmy nie zauważyli, że coś się dzieje.

Dlaczego ma to znaczenie dla zwykłego człowieka?

Na co dzień ta leśna poświata nas nie skrzywdzi. Dla spacerowiczów burza nadal jest groźna głównie przez klasyczne uderzenia piorunów. Zjawisko wyładowań koronowych w liściach dzieje się zbyt wysoko i jest zbyt słabe, by odczuł je człowiek.

Warto natomiast mieć świadomość, że rosnąca liczba burz wpływa na stan lasów na sposoby, o których często nie myślimy. Osłabione korony mogą gorzej znosić silne wiatry, łatwiej ulegać chorobom i szybciej tracić liście. W długiej perspektywie taka „elektryczna erozja” może zmieniać strukturę drzewostanów, szczególnie na terenach, gdzie burze występują wyjątkowo często.

Dla naukowców to nowe narzędzie do badania zdrowia lasów: precyzyjne kamery ultrafioletowe mogą w przyszłości pomóc śledzić, które obszary przeżywają najbardziej intensywne elektryczne obciążenie. Połączenie takich danych z informacjami o suszy czy temperaturach da pełniejszy obraz tego, jak zmienia się kondycja drzew w dobie przyspieszającej zmiany klimatu.