В грозу лес светится ультрафиолетом: ученые впервые зафиксировали коронные разряды на листьях деревьев

Почему деревья светятся в грозу? Ученые впервые поймали это свечение

Когда гремит гром, мы привыкли смотреть на небо. А зря — самое интересное происходит прямо у нас под носом, в кронах деревьев. Речь не о молниях, а о коронных разрядах: слабых электрических пробоях на кончиках листьев и иголок. До недавнего времени их существование было лишь гипотезой. В 2024 году команда из Университета штата Пенсильвания доказала: да, деревья действительно светятся в ультрафиолете во время грозы. И это меняет наше понимание того, как леса чистят воздух и как страдают от электричества.

Я давно следил за этой темой. Однажды летом я заметил странное мерцание на верхушках сосен перед грозой. Тогда я списал это на блики от далеких молний. Теперь понимаю: это были те самые разряды. Глаз их не видит, но техника — да.

Как подглядеть за невидимым?

Свечение коронного разряда в видимом спектре настолько слабое, что его не разглядеть даже в полной темноте. А во время дождя и вспышек молний — тем более. Инженеры пошли на хитрость: они настроили камеру на жесткий ультрафиолет (255–273 нм). Почему именно этот диапазон? Весь солнечный УФ в этих длинах волн поглощается озоновым слоем. Значит, любой фотон, пойманный камерой на земле, может быть только от искусственного источника или от электрического разряда. Во время грозы открытое горение и ртутные лампы исключены — остается только корона.

Систему назвали COTS (Corona Observing Telescope System). Это телескоп на базе фургона. Он снимает на матрицу, чувствительную только к узкой полосе УФ. Дополнительно алгоритм отсекает вспышки молний по пространственной кластеризации: если засветились пиксели по всему кадру — это молния; если только в контуре кроны и держится несколько кадров — корона.

Почему разряды мерцают? Три причины

Летом 2024 года обсерваторию развернули в Северной Каролине. Объекты — 32-метровый ликвидамбар (широколиственное дерево) и сосна Pinus taeda. Оказалось, что коронные разряды не горят постоянно. Они вспыхивают на одном листе на 0,13–3,33 секунды, потом гаснут и перескакивают на соседние ветки. Вот почему:

• Ветер меняет угол атаки. Разряд возникает только когда острие листа направлено на заряженное облако. Порыв ветра поворачивает лист — поле слабеет, разряд гаснет.
• Проводимость дерева непостоянна. Ток идет от корней к кроне. Сопротивление зависит от влажности и движения соков. Вода — плохой проводник? Наоборот, влажная древесина проводит лучше. Но пульсации влаги создают микроразрывы.
• Полярность грозы меняется. Когда облако резко перезаряжается, поле меняет направление — разряды исчезают, чтобы потом вернуться.

Важное наблюдение: каждая вспышка коронного разряда генерирует около 100 миллиардов фотонов жесткого УФ. Это эквивалент току ~1 микроампер через отдельную ветку. У крупного дерева десятки тысяч листьев — суммарный ток через ствол достигает сотен микроампер.

Сравнение лиственных и хвойных: кто светит ярче?

Листья-лопаты дают больше площади для концентрации поля, чем иголки. Но хвоя жестче и меньше колеблется от ветра — разряды стабильнее, хоть и слабее.

Что это значит для планеты? (И для деревьев)

Первое — химия атмосферы. Жесткий УФ коронных разрядов расщепляет молекулы воды и кислорода, создавая гидроксильные радикалы (OH). Это главный «чистильщик» воздуха: он разрушает метан и другие парниковые газы. Раньше считалось, что OH образуется только от солнечного света. Теперь ясно: во время гроз леса работают как гигантские фабрики радикалов. Климатические модели придется пересчитывать.

Второе — повреждение лесов. Коронные разряды хоть и «холодная плазма», но нагрев все же есть. Иглы и кончики листьев получают микроожоги. При напряжении поля 10 кВ/м повреждения возникают за секунды. В регионах с частыми грозами (например, тропики) это может вызывать усыхание верхних ярусов. Пока мы не знаем масштаба, но это еще один фактор стресса для лесов.

Мое мнение. Открытие Пенсильванского университета — не просто научная диковинка. Оно доказывает, что лес активно «дышит» электричеством, влияя на климат больше, чем мы думали. В эпоху, когда грозы становятся мощнее из-за глобального потепления, игнорировать этот механизм нельзя. Если хотите увидеть корону своими глазами — купите УФ-камеру, настроенную на 255–273 нм, и ждите грозы в поле. Только будьте осторожны: сами деревья — отличные громоотводы.

Коротко: ученые доказали, что листья светятся невидимым светом во время грозы. Это создает естественные «озонаторы» и одновременно ранит деревья. Природа снова удивила — и показала, что мы знаем о ней не всё.