Специалисты из Пенсильванского университета провели непосредственные измерения и зафиксировали коронные разряды на листьях деревьев в процессе прохождения грозы. В ходе исследования было установлено, что под действием мощного электрического поля кроны деревьев покрываются множеством невидимых искр, выполняющих роль естественного ионизатора и способствующих очищению атмосферы.
Коронный разряд представляет собой слабое свечение, также известное как холодная плазма, которое проявляется на заостренных поверхностях при наличии сильного электрического поля. Еще в древности моряки замечали это явление на кораблях во время штормов, называя его огнями святого Эльма. В повседневной жизни данный физический принцип используется в бытовых очистителях воздуха и озонаторах, где высокое напряжение, подаваемое на металлическую иглу, приводит к ионизации воздуха и формированию частиц, обладающих очищающими свойствами.
Известно, что во время грозы подобные электрические разряды, по мнению ученых, возникают на верхушках листьев и иголок. Авторы исследования, опубликованного в журнале Geophysical Research Letters, ученые отметили, что научным объяснением библейского сюжета о неопалимой купине являются коронные разряды — горящий, но не сгорающий куст. Однако наблюдать это явление в естественной среде оказалось невозможно: искры слишком слабые, а их излучение находится в ультрафиолетовой области спектра, невидимой для человеческого глаза.
Для изучения этого явления ученые разработали портативную установку COTS (Coronation Observing Telescope System). Ключевым компонентом ее конструкции стал телескоп диаметром 25 сантиметров, оборудованный камерой, фиксирующей лишь узкий диапазон ультрафиолетового излучения (255–273 нанометра). Этот участок спектра представляет особый интерес, поскольку на Земле его источниками могут быть только возгорания, специальные лампы и, прежде всего, электрические разряды.
Первоначально прибор был откалиброван физиками в лабораторных условиях: для определения математической связи между яркостью ультрафиолетовых пикселей и током в ветвях на саженцы ели и клена подавалось напряжение до 40 киловольт. После этого исследователи отправились на специально оборудованном фургоне под настоящий дождь в Северной Каролине, направив объектив на кроны зрелого амбрового дерева и лоблуллиевой сосны. Компьютерный алгоритм устранил помехи, вызванные вспышками обычных молний, чтобы выделить лишь отдельные сигналы от коронных разрядов.
Прибор зафиксировал сотни микроразрядов. Стало известно, что электрическое свечение характеризуется нестабильностью: искры беспорядочно перемещаются с одного листа на другой. Появление и исчезновение разрядов связано с порывами ветра, который изменяет угол наклона острых краев относительно облака.
Согласно результатам дистанционного анализа, сила тока, проходящая через светящуюся ветку, приблизительно равна одному микроамперу. На всех участках кроны, попадающих в поле зрения объектива, наблюдались короны. «Универсальность этих корон создает ощущение мерцающего шлейфа, протянувшегося через лес во время электрической бури», – отметили исследователи в своей публикации.
Вспышки коронирования преобразуют леса в масштабные природные фильтры, подобные бытовым ионизаторам воздуха. Интенсивное ультрафиолетовое излучение от микроразрядов приводит к распаду молекул воды, создавая огромное количество гидроксильных радикалов (OH) — ключевых «очистителей» атмосферы, которые окисляют и разлагают парниковые газы и летучие органические соединения.
В период грозы кроны деревьев производят в тысячекратном превышении очищающих радикалов по сравнению со всеми остальными лесными биохимическими процессами. Однако этот процесс оказывает воздействие на флору: электрическое напряжение и излучение приводят к образованию микроскопических дефектов на концах листьев.