В июне 2024 года группа специалистов по атмосферным исследованиям из Университета штата Пенсильвания отправилась в научную экспедицию по Восточному побережью США. Для поездки они подготовили переоборудованный фургон Toyota Sienna 2013 года, установив на крыше телескопический метеорологический зонд. Учёные поставили перед собой амбициозную задачу: запечатлеть в естественной среде явление, которое до этого фиксировалось исключительно в искусственных лабораторных условиях.
Речь идет о коронном разряде — слабоинтенсивном электрическом свечении, возникающем на заостренных участках растительности, таких как кончики листьев или иглы хвои. Хотя теоретические предположения о том, что леса «светятся» подобным образом во время гроз, существовали более 70 лет, прямых доказательств этого феномена до сих пор не было.
Долгожданное полевое подтверждение
В состав научной группы вошли Уильям Бруне (почетный профессор метеорологии), аспирант Патрик Макфарланд, Джена Дженкинс и Дэвид Миллер. Изначально они планировали проводить наблюдения во Флориде из-за высокой грозовой активности, однако первые три недели работы не принесли результатов: из-за переменчивости погоды кратковременные грозы рассеивались слишком быстро для фиксации данных.
Успех в Северной Каролине
Удача улыбнулась исследователям на обратном пути в Пенсильванию. Рядом с Университетом Северной Каролины в Пемброк сформировался мощный грозовой фронт. Команда оперативно развернула оборудование на парковке, направив датчики на крону американского амбрового дерева, находившегося в 30 метрах от их автомобиля.
Двухчасовой ливень с частыми молниями позволил впервые зафиксировать коронарные разряды не только на амбровом дереве, но и на соседней сосне. Результаты этой уникальной съемки были опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.
«Это подтверждает, что в науке всегда остается место для фундаментальных открытий, — отмечает ведущий автор исследования Патрик Макфарланд. — Теория существовала полвека, и теперь мы наконец получили неопровержимые улики её правомерности».
Природа электрического свечения
Феномен объясняется колоссальным электрическим дисбалансом, возникающим во время грозы. Отрицательно заряженные облака притягивают положительный заряд из земли, который концентрируется на самых высоких точках рельефа, включая деревья. Когда напряженность поля достигает критического уровня, возникает слабое свечение в видимом и ультрафиолетовом спектрах. Важным побочным эффектом этого процесса является расщепление молекул водяного пара с образованием гидроксильных радикалов.
Атмосферная очистка
Гидроксил выполняет роль природного «дезинфектора» атмосферы: этот мощный окислитель вступает в реакции с загрязняющими веществами, включая метан и органические летучие соединения, превращая их в безопасные компоненты. Предварительные выводы ученых указывают на то, что коронные разряды в лесных массивах могут быть существенным источником очищающих атмосферу агентов.
Технологическое оснащение
Для обнаружения слабого свечения команда разработала систему, объединяющую ньютоновский телескоп с УФ-чувствительной камерой, дополненную датчиками атмосферного электричества и системой геолокации. Специальная калибровка позволяет прибору игнорировать солнечное излучение, регистрируя только сигналы от молний и коронных разрядов.
Масштаб явления
В ходе наблюдений в Северной Каролине было зафиксировано 859 импульсов коронного разряда на амбровом дереве и 93 — на сосне. По словам Макфарланда, каждое свечение длилось от долей секунды до нескольких секунд. Эти данные были подтверждены в ходе наблюдений за другими видами деревьев во время последующих четырех гроз.
«Эти вспышки практически невидимы для человеческого глаза, но наши инструменты регистрируют мерцание короны при каждом раскате грома, — поясняет Макфарланд. — Столь масштабные электрические процессы могут влиять как на химический состав воздуха, так и на общее состояние лесных экосистем».
Перспективы исследований
Вопрос о влиянии коронных разрядов на жизнедеятельность растений остается открытым. Ученые совместно с биологами планируют выяснить, является ли это свечение просто физическим побочным продуктом или деревья адаптировались к подобному воздействию. Понимание этих взаимодействий может изменить представление о роли лесов в глобальных климатических процессах.