Корона для деревьев

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Каждый из нас не раз видел, как громыхает гроза, пронзая землю молниями. Оказывается, в этом световом шоу участвуют и деревья, попавшие в зону грозы.

Дело в том, что во время грозы грозовые облака заряжены отрицательно, а поверхность земли — положительно. Противоположности притягиваются, поэтому заряд земли стремится к облакам. Если в зоне грозы оказался лес, то положительные заряды поднимаются к макушке и кончикам листьев по электропроводящим стволам и ветвям деревьев. На кончиках листочков они концентрируются, создают электрическое поле, которое ионизирует близлежащие молекулы газов, входящих в состав воздуха. Так образуется светящаяся плазма. Интересно, что мы с вами это свечение не видим, потому что оно ультрафиолетовое.

Все эти рассуждения о коронных разрядах на деревьях в естественной среде до недавних пор оставались лишь теоретической моделью. На них косвенно указывали, например, аномальные изменения электрического поля над лесами во время штормов. Прямых визуальных или инструментальных доказательств не существовало.

А вот Патрик Макфарланд, постдокторант из Университета штата Пенсильвания, и его научный руководитель Уильям Брюн впервые увидели их воочию. Они решили вести съемку в ультрафиолетовом диапазоне, для этого пришлось сконструировать прибор. Исследователи объединили телескоп, перископ и высокоскоростную ультрафиолетовую камеру, которая улавливала только узкий спектр ультрафиолета (255–273 нанометра), и установили устройство на автомобиле.

Летом 2024 года ученые охотились за грозами от Флориды до Пенсильвании.

В Северной Каролине им, наконец, повезло: они поймали грозу, которая продолжалась 90 минут. За это время успели понаблюдать за двумя деревьями — ликвидамбаром, или амбровым деревом, похожим на наш клен, и сосной.

Сняли раскачивающиеся ветви на обычную камеру и одновременно на ультрафиолетовую, затем наложили одно изображение на другое и увидели, что мерцающие УФ-точки совпадают с кончиками ветвей и листьев. Так ученые увидели «короны» на деревьях. Оказалось, что «короны» могут появляться в разных местах на разных деревьях. Электрическое свечение нестабильно: искры хаотично перескакивают с листа на лист.

Интересно, что разряды загораются и гаснут вслед за порывами ветра, который меняет угол наклона острых кончиков по отношению к туче. Дистанционные измерения показали, что сила тока, протекающего через светящуюся ветку, составляет около одного микроампера.

В течение того лета исследователи выполнили еще пять наблюдений и получили неопровержимое доказательство, что явление существует (Geophysical Research Letters).

Страдают ли деревья от коронных разрядов на кончиках их листьев? Лабораторные исследования показывают, что кончики листьев действительно заметно подгорают уже через несколько секунд воздействия коронного разряда. Однако можно не сомневаться, что природа предусмотрела некие механизмы адаптации к ним и быстрого восстановления.

Коронные разряды на деревьях объясняют, почему в грозу в лесу так хорошо дышится. Дело в том, что коронные разряды сопровождаются жестким ультрафиолетовым излучением, что и доказали ученые из Университета Пенсильвании. Его энергии достаточно, чтобы расщепить молекулы воды в водяном паре и кислорода.

В результате образуются гидроксильные радикалы, которые называют «моющим средством для атмосферы», потому что они взаимодействуют с парниковым метаном, летучими органическими соединениями и другими загрязняющими веществами, разрушая их. Гидроксильные радикалы также могут вступать в реакцию с кислородом, образуя озон. Именно озоном пахнет гроза. В больших концентрациях этот газ ядовит. Но природа таких концентраций себе не позволяет.

Исследования показали, что во время грозы кроны деревьев могут выделять в тысячу раз больше гидроксильных радикалов, чем все остальные лесные биохимические процессы.

Жаль, что мы, в отличие от, например, северных оленей, бабочек и колибри (и многих других животных), не видим в ультрафиолетовом диапазоне. А то могли бы полюбоваться природным световым шоу деревьев во время грозы.