Světelná „opona" nad stromy, kterou nikdo nevidí
Při každé běžné bouři se nad korunami stromů odehrává něco, co lidské oko vůbec není schopné zachytit. Americký tým vědců to nyní konečně zaznamenal – a výsledek předčil veškerá očekávání.
Výzkumníci z Pennsylvania State University léta tušili, že bouřky proměňují les v obrovskou, pro nás neviditelnou světelnou show. Aby to dokázali, přestavěli starou Toyotu na pojízdnou laboratoř a vydali se pronásledovat přicházející bouře. Nakonec se jim podařilo zachytit jev, o němž se dosud pouze teoretizovalo.
Co se s dřevinami děje v průběhu bouřky
Když se blíží bouře, většina lidí hledí k obloze a čeká na jasné zábleskovité blesky. Ve skutečnosti se ale souběžně odehrává něco mnohem skrytějšího. Vysoká vlhkost, silná elektrická pole a obrovské napětí mezi mraky a zemí způsobují, že stromy začínají fungovat jako gigantické živé vodiče.
Bouřkové mraky se chovají jako mohutná baterie. Nabité na extrémně vysoké napětí vysílají elektrické pole až k zemskému povrchu. Kmen prostoupený vodou vede tento náboj směrem nahoru, až napětí „vyšplhá" k jemným strukturám listů.
Jakmile napětí dosáhne korun, na okrajích listů vznikají drobné výboje – takzvaná koronová záře. Jde o sérii ultrakrátkých záblesku v ultrafialové oblasti, přeskakujících z listu na list.
V laboratoři vědci již dříve zjistili, že mladé stromky zapojené do generátorů začínají slabě svítit bledě modrou září v ultrafialovém pásmu. Jde o důsledek velmi vysokého napětí a ionizace vzduchu kolem listů. Jenže takové záření je pro lidské oko zcela neviditelné.
Pro kamery zachycující ultrafialové záření les v takovou chvíli vypadá jako pulzující, třpytivá vrstva namodralé záře vznášející se nad korunami stromů. Každý jednotlivý záblesk trvá zlomek vteřiny a vyšle do tmy miliardy fotonů. Naše oči nejsou na tuto vlnovou délku vůbec citlivé.
Jak bouřková výprava v upravené Toyotě probíhala
Výzkumný tým opustil laboratoř a vydal se „lovit" bouřky přímo v terénu. Stará Toyota Sienna byla vybavena:
- stožárem s miniaturní meteorologickou stanicí měřící směr a rychlost větru, vlhkost a intenzitu elektrických polí,
- lasery sloužícími k přesnému zaměření a nastavení vzdálenosti ke korunám stromů,
- kamerou registrující ultrafialové záření a velmi rychlé světelné záblesky,
- napájením a systémem záznamu dat odolným vůči vibracím a teplotním výkyvům.
Logisticky šlo o náročný podnik. Vědci museli sledovat bouřkové předpovědi, vyjíždět v noci vstříc atmosférickým frontám a hledat místa, kde vysoké stromy rostou přímo u silnice. Jakmile se bouřka přiblížila dostatečně blízko, zastavili vůz a zahájili záznam.
Na obrazovkách se začaly objevovat přesně to, v co doufali: drobné, rychlé záblesky přeskakující po listech. Světlo se pohybovalo v kaskádách jako miniaturní blesk klouzající po povrchu koruny. Bez vybavení registrujícího ultrafialové záření by lidské oko vidělo jen tmavý obrys stromů na pozadí oblohy rozsvícené obyčejnými blesky.
Lesní krajina, která pro člověka zůstává černou zdí, se pro UV kameru mění v hypnotizující, mihotavou plochu jasných bodů.
Globální „elektrický obvod" Země
Tuto světelnou bouři v korunách stromů je užitečné zasadit do širšího kontextu. Zemi totiž obklopuje jakýsi gigantický elektrický obvod. Dole leží zemský povrch, výše ionosféra – elektricky nabitá vrstva atmosféry začínající desítky kilometrů nad našimi hlavami.
| Fáze | Co se děje |
|---|---|
| Rozdíl napětí | Mezi ionosférou a povrchem Země se udržuje obrovské napětí v řádu stovek tisíc voltů. |
| Bouřkové „dobíjení" | Blesky mířící k zemi i k nebi nepřetržitě dobíjejí tento systém. |
| Záporný náboj Země | Když blesk zasáhne půdu, předá zápornné náboje na povrch planety. |
| Klidné počasí | Za pěkného počasí kladný náboj pomalu stéká z ionosféry dolů skrze nabité částice vzduchu. |
Stromy jsou součástí tohoto systému. Jejich výška, vlhké tkáně a rozvinutá koruna je zapojují do přenosu nábojů mezi zemí a atmosférou. Vedlejším efektem je právě koronová záře v ultrafialovém pásmu.
Neviditelná podívaná má pro stromy svou cenu
Přestože světelná korona vypadá efektně, pro samotné rostliny není neutrální. Průtok elektrických nábojů a lokální výboje na okrajích listů ovlivňují chemické složení vzduchu těsně nad korunami. V blízkosti listů vznikají reaktivní molekuly, které mohou měnit složení plynů včetně oxidů dusíku a ozonu.
Dlouhodobé působení takových impulsů může také oslabovat tkáně v nejvyšších partiích stromů. Vědci předpokládají, že část poškození pozorovaných v nejvyšších větvích – dosud přičítaných pouze silným poryvům větru – může souviset právě s opakujícími se koronovými výboji.
V klimatických prognózách se navíc rýsuje další rozměr: s rostoucími teplotami se zvyšuje frekvence prudkých bouří. To znamená, že lesy v mnoha částech světa budou čím dál tím častěji vystaveny intenzivním elektrickým polím a sériím těchto mikrovýbojů.
Co to znamená pro přírodu i pro lidi
Výzkum popsaný v časopisu Geophysical Research Letters není jen zajímavostí o „tajemném svícení" stromů. Ukazuje, že bouřky ovlivňují ekosystém mnohem jemnějšími způsoby, než je jediný úder blesku do jednoho kmene.
Mnoho atmosférických procesů – od vzniku ozonu po tvorbu aerosolů – závisí na tom, jaké reakce probíhají v tenké vrstvě vzduchu těsně nad lesním povrchem. Série mikrovýbojů může měnit místní chemii, a tím nepřímo ovlivňovat kvalitu ovzduší i způsob, jakým rostliny vyměňují plyny s okolím.
Z lidského hlediska přichází na řadu také otázka infrastruktury. Vysoké stavby – stožáry, energetická vedení, větrné turbíny – mohou zažívat podobné koronové jevy. Pochopení toho, co se odehrává nad korunami stromů, pomáhá lépe navrhovat zařízení vystavená extrémním elektrickým polím.
Proč to nevidíme a lze to vůbec spatřit na vlastní oči
Lidské oko reaguje především na viditelné světlo – od červené po fialovou. Světelná korona nad stromy vzniká v ultrafialovém pásmu, tedy ve vlnových délkách kratších, než jsme schopni přímo vnímat. Každý záblesk navíc trvá nesmírně krátce a nese malé množství energie přepočtené na jednotlivý paprsek.
Abychom se tomuto zážitku přiblížili v praxi, musíme sáhnout po technologii. Představme si speciální brýle integrované s UV kamerou a převodníkem překládajícím ultrafialové záření do viditelných barev. Vědecky je to proveditelné, jenže taková zařízení stále patří do kategorie výzkumného vybavení, nikoli běžné spotřební elektroniky.
Podobný jev lze někdy zahlédnout v menším měřítku. Silný výboj na ostrých hranách kovů nebo u vedení vysokého napětí bývá také zdrojem koronové záře – na dlouhodobých fotografiích pak lze spatřit jemnou auru kolem vodičů. Les při bouřce prožívá něco podobného, ale v obrovském a rozptýleném měřítku.
Nová data z USA naznačují, že naše představa o bouřce jako o sérii blesků mezi mrakem a zemí je zjednodušená. Stromy nejsou pouhými pasivními obětmi hromu a blesku. Tvoří s mraky aktivní elektrickou „síť" a záblesky nad korunami, neviditelné pouhým okem, se stávají součástí větší planetární baterie napájené energií atmosferických bouří.
