Стаи насекомых могут наэлектризовать воздух не хуже грозы

Полвека назад американский математик Эдвард Лоренц задался вопросом, может ли бабочка, хлопающая крыльями в Бразилии, в результате хаотического эффекта домино вызвать торнадо в Техасе.

Если бы он вместо этого спросил, может ли достаточное количество саранчи, хлопающей крыльями, зарядить воздух силой грозы, вопрос мог бы стать не менее знаменитым. Он этого не сделал, но теперь у нас есть ответ.

Новое исследование влияния летающих насекомых на атмосферные электрические поля показало, что хлопанье множества крошечных крыльев может наэлектризовать воздух точно так же, как клубящиеся облака водяного пара заряжают воздух во время грозы.

Хотя это не означает, что мы должны опасаться библейской чумы саранчи, стреляющей молниями, это может быть свидетельством необходимости учитывать биологические явления при моделировании локализованных моделей атмосферного электрического поля.

Приблизьте атомы, составляющие пыль, влагу и части тела насекомых, проносящиеся в воздухе над головой, и вы увидите, что электроны перемещаются, как мелочь в кармане бегуна.

При достаточной тряске эти отрицательно заряженные частицы могут высыпаться из своих положительно заряженных карманов, создавая разницу, называемую градиентом потенциала.

Во время грозы мелкие частицы льда, поднимающиеся на столбах воздуха, могут тереться о более крупные фрагменты, падающие на землю, создавая конвейерную ленту зарядов, которые преувеличивают градиент потенциала между вершинами облаков, низами облаков и землей внизу.

Хотя накопление заряда по сути незаметно, эффект от него не так уж и велик. Как только градиент достигает критической точки, образуются ионизированные каналы, и баланс эффективно выравнивается в порыве, который мы видим как молнию.

Даже в отсутствие молнии зоны контрастных зарядов могут оказывать влияние на движение ионов, включая различные загрязняющие вещества и частицы пыли.

Различные факторы могут определять величину и расположение градиентов потенциала, от движения облаков до осадков и даже ливней космических лучей, но до сих пор никто не рассматривал влияние биологических явлений.

"Мы всегда рассматривали, как физика влияет на биологию, но в какой-то момент мы поняли, что биология также может влиять на физику", - говорит первый автор исследования Эллард Хантинг, биолог из Бристольского университета в Великобритании.

"Нас интересует, как различные организмы используют статические электрические поля, которые практически повсеместно присутствуют в окружающей среде".

В последние годы стало ясно, что насекомые и другие беспозвоночные могут нести заряды, которые создают крошечный потенциал против окружающей атмосферы. Детеныши пауков могут даже использовать этот трюк, чтобы запустить себя в небо.

Но как этот крошечный потенциал накапливается в рое, никогда не измерялось. Поэтому Хантинг и его команда отправились на полевую станцию Школы ветеринарных наук Бристольского университета, чтобы дождаться роения одной из многочисленных колоний медоносных пчел.

Используя монитор электрического поля и камеру для наблюдения за плотностью пчел, исследователи отслеживали местный градиент потенциала роя, находящегося в пути. В течение 3 минут насекомые пролетали мимо, повышая градиент потенциала над головой на 100 вольт на метр.

Более поздний анализ подтвердил, что напряжение связано с концентрацией роя, что позволило исследователям с достаточной уверенностью предсказать, как определенное количество пчел, жужжащих в определенном участке воздуха, может повлиять на заряд атмосферы.

Зная, что их оценки выдерживают проверку на пчелах, команда применила то же обоснование к другим насекомым, которые роятся.

Взяв индивидуальный заряд саранчи и увеличив его до размеров чумы, исследователи рассчитали, что значительный рой саранчи потенциально может генерировать плотность заряда, не сравнимую с той, что наблюдается во время электрических бурь.

"Междисциплинарность здесь очень важна - может показаться, что электрический заряд живет исключительно в физике, но важно знать, насколько весь мир природы осведомлен об электричестве в атмосфере", - говорит Джайлс Харрисон, физик атмосферы из Университета Рединга.

На другом конце шкалы, этот опасный для торнадо агент хаоса - бабочка - должен работать вместе в огромном количестве, чтобы иметь надежду изменить напряжение в атмосфере в сколько-нибудь значительной степени.

Возможно, это и к лучшему.

Это исследование было опубликовано в журнале iScience.