Světelná „clona" nad stromy, kterou nikdo nevidí
Při každé běžné bouři se nad korunami stromů odehrává něco, co lidské oko vůbec nezaregistruje. Americkým vědcům se to nyní konečně podařilo zachytit.
Tým badatelů roky tušil, že bouřka mění les v obrovskou, pro nás neviditelnou světelnou show. Aby to dokázali, přestavěli starou Toyotu na pojízdnou laboratoř a vydali se pronásledovat bouře — až se jim nakonec podařilo zaznamenat jev, o němž se dosud jen teoretizovalo.
Co přesně se děje se stromy při bouřce
Výzkumný tým z Pennsylvania State University se dlouhodobě zabývá vlivem elektrických polí na rostliny. V jejich hypotézách se opakoval motiv záhadné záře nad lesem během bouřky, chyběly však pevné důkazy z terénu.
Vědci už dříve v laboratoři zjistili, že mladé stromky připojené k příslušným generátorům začínají slabě vyzařovat bledě modrou záři v ultrafialovém spektru. Jde o důsledek velmi vysokého napětí a ionizace vzduchu kolem listů. Jenže takové záření je lidskému oku naprosto neviditelné.
Při přirozené bouřce emitují koruny stromů krátké ultrafialové záblesky, které les doslova „podsvěcují" — ale v pásmu, které člověk není schopen vnímat.
Aby vědci tento skrytý děj odhalili, museli použít specializované kamery snímající ultrafialové světlo, mimořádně citlivé detektory záření a přenosnou meteorologickou aparaturu. Vše skončilo na střeše staré Toyoty Sienna, která se proměnila ve výzkumnou základnu při pronásledování bouří na trase od Severní Karolíny až po Pensylvánii.
Jak bouřka stromy „rozsvítí"
Když se přiblíží bouřka, většina z nás hledí k obloze a vyhlíží světelné blesky křižující nebe. Přitom vysoká vlhkost, silná elektrická pole a vysoké napětí mezi mraky a zemí způsobují, že se stromy chovají jako obrovské, živé vodiče.
Bouřkové mraky fungují jako gigantická baterie. Nabité na extrémně vysoké napětí vysílají elektrické pole až k zemi. Kmen nasycený vodou vede tento náboj směrem nahoru. Napětí se pomalu „šplhá" po stromě, až dosáhne jemných struktur listů.
Jakmile napětí dosáhne korun, vznikají na okrajích listů drobné výboje — takzvaná koronová záře, série ultrakrátkých záblesků v ultrafialetu přeskakujících z listu na list.
Pro UV kamery vypadá les v takové chvíli jako pulzující, třpytivá vrstva namodralé záře vznášející se nad povrchem korun. Každý jednotlivý záblesk trvá zlomek sekundy a vysílá do tmy miliardy fotonů. Naše oči nejsou citlivé na tuto vlnovou délku a navíc nedokáží zachytit tak rychlé impulsy.
Globální „elektrický obvod" Země
Tuto světelnou bouři v korunách stromů je třeba zasadit do většího kontextu. Zemi totiž obklopuje jakýsi gigantický elektrický obvod — dole je povrch planety, výše ionosféra, tedy 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 — jak směrem k zemi, tak vzhůru — nepřetržitě dobíjejí tento systém. |
| Záporný náboj Země | Když blesk udeří do půdy, předává záporné náboje na povrch planety. |
| Klidné počasí | Za hezkého počasí kladný náboj pomalu stéká z ionosféry dolů skrze nabité vzdušné částice. |
Stromy jsou součástí tohoto systému. Jejich výška, vlhké tkáně a rozvinutá koruna z nich dělají aktivní účastníky přenosu nábojů mezi zemí a atmosférou. Vedlejším efektem je právě koronová záře v ultrafialovém pásmu.
Jak vypadala bouřková výprava v přestavěné Toyotě
Výzkumný tým se rozhodl opustit laboratoř a vyrazit „lovit" bouře v terénu. Stará Toyota Sienna byla vybavena:
- stožárem s miniaturní meteorologickou stanicí měřící směr a sílu větru, vlhkost a intenzitu elektrických polí,
- lasery pro přesné zaměřování korun stromů,
- kamerou snímající ultrafialové záření a velmi rychlé světelné záblesky,
- napájením a systémem záznamu dat odolným vůči vibracím a teplotním výkyvům.
Samotné výjezdy nebyly logisticky jednoduché. Badatelé museli sledovat bouřkové předpovědi, jezdit v noci vstříc atmosférickým frontám a hledat místa, kde vysoké stromy rostou těsně u trasy. Jakmile se bouřka přiblížila dost blízko, auto zastavili a spustili záznam.
Na obrazovkách se začalo objevovat přesně to, v co doufali — drobné, rychlé záblesky přeskakující po listech. Světlo se pohybovalo v kaskádách, jako miniaturní blesk klouznoucí po povrchu koruny. Bez UV zařízení by lidské oko vidělo jen temný obrys stromů na pozadí nebe rozsvíceného klasickými blesky.
Lesní krajina, která pro člověka zůstává černou stěnou, se pro UV kameru mění v hypnotizující, třpytivou plochu jasných bodů.
Neviditelná podívaná má svou cenu pro stromy
Přestože koronová záře vypadá efektně, pro samotné rostliny není neutrální. Průtok elektrických nábojů a lokální výboje na okrajích listů ovlivňují chemii 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 ve vrcholových větvích — dříve připisovaných jen silným nárazům větru — může souviset právě s opakujícími se koronovými výboji.
V klimatických prognózách se objevuje ještě jeden motiv: s rostoucími teplotami roste i frekvence prudkých bouří. To znamená, že lesy v mnoha částech světa budou stále častěji vystaveny intenzivním elektrickým polím a sériím těchto mikrovýbojů.
Co to znamená pro přírodu i pro člověka
Výzkum publikovaný v časopise 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 procesů v atmosféře — od vzniku ozonu po tvorbu aerosolů — závisí na tom, jaké reakce probíhají v tenké vrstvě vzduchu těsně nad povrchem lesa. Série mikrovýbojů může měnit místní chemii, a tím nepřímo ovlivňovat kvalitu vzduchu i způsob, jakým rostliny vyměňují plyny s okolím.
Z lidského pohledu je tu navíc otázka infrastruktury. Vysoké konstrukce — stožáry, elektrické vedení, větrné turbíny — mohou zažívat podobné koronové jevy. Pochopení toho, co se odehrává nad korunami stromů, pomáhá lépe navrhovat instalace vystavené extrémním elektrickým polím.
Proč to nevidíme a dá se to vůbec spatřit na vlastní oči?
Lidské oko reaguje především na viditelné světlo — od červené po fialovou. Koronová záře nad stromy vzniká v ultrafialetu, tedy ve vlnových délkách kratších, než jsme schopni přímo vnímat. Navíc každý záblesk trvá nesmírně krátce a nese malou energii přepočtenou na jeden paprsek.
K přiblížení se tomuto zážitku v praxi je potřeba technologie. Představme si speciální brýle integrované s UV kamerou a převodníkem, který přeloží ultrafialové záření do viditelných barev. Vědecky je to možné, jenže taková zařízení stále patří do oblasti výzkumného vybavení, nikoli běžné spotřební elektroniky.
Podobný jev lze někdy zahlédnout v menším měřítku. Silné výboje na ostrých hranách kovů nebo u vedení vysokého napětí také bývají zdrojem koronové záře — na dlouhočasových snímcích pak vidíme jemnou záři 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 příliš zjednodušená. Stromy nejsou jen pasivními oběťmi blesku. Vytvářejí s mraky aktivní elektrickou „síť" a záblesky nad korunami, neviditelné pro nás, se stávají součástí větší, planetární baterie poháněné energií atmosférických bouří.
