Грозы зажигают призрачные короны в кронах деревьев

Исследователи впервые наблюдали и измерили слабые электрические разряды, известные как короны, на деревьях во время гроз. Новое исследование описывает почти невидимые искры, появляющиеся на ветвях нескольких видов деревьев на восточном побережье США летом 2024 года, что позволяет предположить, что грозы могут окрашивать целые кроны мерцающим голубым свечением, слишком слабым для человеческого глаза.

Короны также обжигают самые кончики листьев. Учитывая их возможную повсеместность в лесах во время штормов, исследователи предполагают, что эти короны могут наносить вред кронам, потенциально формируя эволюцию деревьев, направленную на ограничение этого ущерба.

«Эти вещи действительно происходят; мы видели их; теперь мы знаем, что они существуют, — заявил Патрик МакФарланд, метеоролог из Университета штата Пенсильвания и ведущий автор исследования. — Наконец получить конкретные доказательства этого... это, я думаю, самое интересное».

Исследование опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.

В поисках слабых вспышек среди листвы

Ученые предполагали существование слабых электрических разрядов на растениях под грозовыми облаками почти столетие, но до сих пор никогда не наблюдали и не измеряли их в дикой природе. Их существование выводилось лишь из аномалий электрического поля в лесах во время штормов.

Лабораторные эксперименты последних пятидесяти лет по крайней мере продемонстрировали, как они могут образовываться в природе: заряд грозового облака наводит противоположный заряд в земле под ним. Этот заряд, притягиваясь к заряду в облаке, устремляется к самой высокой достижимой точке — в данном случае к кончикам листьев в кронах деревьев — через которые электричество разряжается, образуя короны.

«В лаборатории, если выключить весь свет, закрыть дверь и занавесить окна, можно едва разглядеть короны. Они выглядят как голубое свечение», — вспоминает МакФарланд, описывая, как его команда воссоздала явление в помещении, поместив заземленные листья деревьев под заряженные металлические пластины.

Аналогичные лабораторные эксперименты с деревьями в горшках также выявили поразительную закономерность: ультрафиолетовое излучение корон пропорционально масштабировалось с электрическим током, измеренным командой в деревьях. Это открывает возможность использовать УФ-излучение для оценки силы тока и наносимого им ущерба.

Исследования 1960-х годов, по словам МакФарланда, показали, что протекание тока в деревьях разрушает клеточные мембраны и уничтожает хлоропласты, с помощью которых деревья осуществляют фотосинтез.

Микроавтобус в погоне за штормами

Однако документирование корон под настоящими грозами требовало иного подхода — а именно, Toyota Sienna 2013 года, оснащенной метеостанцией, детектором электрического поля, лазерным дальномером и перископом на крыше, направляющим свет на ультрафиолетовую камеру.

Это последнее оборудование позволило команде обнаруживать короны в полевых условиях по их ультрафиолетовому излучению, поскольку даже слабый окружающий свет под грозовым небом заглушает свечение корон в видимом спектре.

«Нам пришлось вынуть одно из сидений и установить виброгасящие прокладки, чтобы наши инструменты не подпрыгивали во время движения, — рассказывает МакФарланд. — Самое интересное было вырезать лобзиком двенадцатидюймовое отверстие в крыше. Полностью убило стоимость при перепродаже, но это нормально».

Когда микроавтобус был готов, настало время охоты за грозами. Спрятавшись внутри автомобиля и следя за видеопотоком, команда направила камеру на три ветви ликвидамбара смолоносного в Пембруке, Северная Каролина.

«Мы сидим и смотрим на это видео, пока над нами бушует гроза, — говорит МакФарланд. — Вы ищете самые слабые сигналы на видеопотоке, где почти ничего нет… В реальном времени очень трудно понять, видите ли вы что-то».

Однако последующий анализ видео выявил 41 корону на кончиках листьев в течение полутора часов — признаком обычно служили скопления УФ-сигналов, отслеживающих движение ветвей на ветру.

Свечение длилось до трех секунд, часто перескакивая с листа на лист. Короны возникали и вели себя одинаково на соседней сосне ладанной и на деревьях под четырьмя другими штормами, за которыми команда охотилась тем летом между Флоридой и Пенсильванией, несмотря на различия в видах деревьев и силе гроз.

Это может означать, что короны возникают в изобилии, излучая десятками и сотнями листьев на каждой верхушке дерева под грозой, оценил МакФарланд. Если бы у человека было сверхзрение, «я полагаю, вы бы увидели эту полосу свечения на верхушках всех деревьев под грозой, — сказал он. — Вероятно, это выглядело бы как довольно крутое световое шоу, будто тысячи мерцающих ультрафиолетом светлячков опустились на верхушки деревьев».

Эволюционные последствия

Если это так, то повсеместность явления может иметь более масштабные последствия: короны обжигают кончики листьев в течение нескольких секунд. Некоторая лабораторная работа команды предполагает, что это может повреждать кутикулу — восковое покрытие, защищающее лист от ультрафиолетового излучения и обезвоживания.

Хотя отдельная корона, по-видимому, не наносит большого вреда, команда предполагает, что повторяющиеся короны по всей кроне от множества штормов могут повреждать листья — возможно, достаточно сильно, чтобы деревья выработали способы минимизации этого ущерба за тысячелетия. МакФарланд надеется работать с лесными экологами и ботаниками для дальнейшего изучения.

«Именно туда я бы хотел двигаться дальше — выяснить, какое влияние это оказывает на само дерево и на лес в целом», — заключил он.