Ett osynligt skådespel döljer sig ovanför trädtopparna
Under ett vanligt åskväder utspelas något ovanför skogens krontak som det mänskliga ögat helt enkelt inte kan uppfatta. Ett amerikanskt forskarlag har nu lyckats fånga detta dolda fenomen på bild för allra första gången.
I åratal misstänkte ett team av amerikanska vetenskapsmän att åskväder förvandlar skogen till ett gigantiskt ljusspektakel – ett som förblir fullständigt osynligt för oss. För att bevisa det byggde de om en gammal Toyota till ett rullande laboratorium och gav sig ut för att jaga stormar. Till slut dokumenterade de ett fenomen som tidigare bara funnits i teorin.
Forskargruppen från Pennsylvania State University
Forskarna vid Pennsylvania State University har under många år studerat hur elektriska fält påverkar växter. I deras hypoteser återkom bilden av ett mystiskt sken ovanför skogen under åskväder – men hårda bevis från fältet saknades. De var övertygade om att den höga spänningen mellan moln och mark kan göra trädtopparna till ljuskällor. Ingen hade dock lyckats fånga det på kamera.
I laboratorium hade forskarna tidigare observerat att unga träd kopplade till lämpliga generatorer börjar avge ett svagt blekblått sken i det ultravioletta spektrumet. Det handlar om effekten av extremt hög spänning och jonisering av luften runt löven. Problemet är att sådant ljus är helt osynligt för det mänskliga ögat. Under ett naturligt åskväder sänder trädkronorna ut korta ultravioletta blixtar som bokstavligen underlyser skogen – men i ett frekvensband som människan inte kan uppfatta.
En ljusdraperi över träden som ingen ser
För att kunna fånga denna dolda värld behövde forskarna specialkameror som registrerar ultraviolett strålning, extremt känsliga ljusdetektorer och bärbar meteorologisk utrustning. Allt landade på taket av en gammal Toyota Sienna, som blev basen för stormjakten längs en sträcka från North Carolina ända upp till Pennsylvania.
Laget var tvungna att följa väderprognoser, köra nattetid mot atmosfäriska fronter och leta efter platser där höga träd växer nära vägen. När ett åskväder befann sig tillräckligt nära stannade de bilen och startade inspelningen. På skärmarna började det dyka upp det de hoppats på.
Små, snabba blixtar som hoppade mellan löven bildade kaskader av ljus – som miniatyrblixtrar som flödade längs kronans yta. Utan utrustning som registrerar ultraviolett strålning skulle det mänskliga ögat bara se mörka trädsilhuetter mot en himmel upplyst av vanliga blixtar. Den skogslandskap som för oss framstår som en svart vägg förvandlas i UV-kameran till en hypnotisk, blinkande yta av lysande punkter.
Vad som egentligen händer med träden under ett åskväder
När ett åskväder närmar sig blickar de flesta av oss uppåt och letar efter de skarpa sicksacklinjer som skär genom himlen. Men den höga luftfuktigheten, starka elektriska fält och den höga spänningen mellan moln och mark gör att träden börjar bete sig som enorma, levande ledare.
Åskmoln fungerar som ett gigantiskt batteri. Laddade till extremt hög spänning sänder de ut elektriska fält ner mot marken. Vattenmättade stammar leder denna laddning uppåt. Spänningen klättrar sakta längs trädet tills den når lövens fina strukturer.
När spänningen når kronorna uppstår små urladdningar vid bladkanternas ytterzoner – den så kallade ljuskoronan. Det är en serie ultrakortvariga blixtar i ultraviolett ljus som hoppar från blad till blad. För UV-kameror ser skogen i det ögonblicket ut som ett pulserande, flimrande lager av blåaktig glöd som svävar ovanför kronorna.
Varje enskild blixt varar en bråkdel av en sekund och sänder ut miljarder fotoner ut i mörkret. Våra ögon kan inte bara inte uppfatta en så snabb impuls – de är överhuvudtaget inte känsliga för denna våglängd. Under ett enda åskväder kan kronan på en hög ek eller tall avge tusentals sådana mikroskopiska urladdningar, utan att någon som står under trädet märker ett dugg.
Utrustningen som krävdes för att jaga stormfenomen
Laget från Pennsylvania var tvungna att improvisera och bygga om ett vanligt fordon till ett mobilt observatorium. Den gamla Toyota Sienna utrustades med följande komponenter:
- en mast med en miniatyrväderstation som mätte vindriktning och vindstyrka, luftfuktighet och intensiteten hos elektriska fält
- lasrar för exakt inställning av fokus och avstånd till trädkronorna
- en kamera som registrerar ultraviolett strålning och mycket snabba ljusblixtar
- strömförsörjning och datainspelningssystem motståndskraftigt mot vibrationer och temperaturförändringar
- meteorologisk radar för att följa åskfronters utveckling
- GPS-navigering för exakt registrering av varje mätnings position
Varje utfärd var logistiskt krävande. Forskarna tillbringade timmar med att vänta på rätt förhållanden och återvände ibland tomhänta, eftersom stormen ändrade riktning eller snabbt försvagades. Framgången kom efter en serie försök, då de lyckades fånga dussintals episoder av ultravioletta urladdningar ovanför kronorna på både lövträd och barrträd.
Jordens globala elektriska krets och skogarnas roll
Det här ljusfenomenet i trädkronorna förtjänar att sättas in i ett större sammanhang. Jorden omges nämligen av ett slags gigantiskt elektriskt kretslopp. Nere har vi planetens yta, högre upp jonosfären – ett elektriskt laddat atmosfärskikt som börjar ett par tiotal kilometer ovanför våra huvuden.
Träden är en del av detta system. Deras höjd, fuktiga vävnader och breda kronor gör att de aktivt deltar i överföringen av laddningar mellan mark och atmosfär. En bieffekt av detta är just ljuskoronan i det ultravioletta bandet. Forskarna vid Pennsylvania State University visar på så vis indirekt att skogen inte är en passiv mottagare av stormens energi.
Långvarig påverkan av sådana impulser kan dessutom försvaga vävnaderna i trädens allra högsta delar. Forskarna misstänker att en del av de skador som observerats på de högsta grenarna – som ibland enbart tillskrivits kraftiga vindbyar – kan ha samband med upprepade koronaurladdningar. I klimatprognoser dyker upp ytterligare ett samband: i takt med att temperaturer stiger ökar även frekvensen av häftiga åskväder, vilket innebär att skogar i många delar av världen allt oftare kommer utsättas för intensiva elektriska fält.
Varför vi inte ser det – och går det att uppleva med egna ögon?
Det mänskliga ögat reagerar främst på synligt ljus – från rött till violett. Ljuskoronan ovanför träden uppstår i ultraviolett ljus, alltså i våglängder kortare än vad vi direkt kan uppfatta. Dessutom varar varje blixt extremt kort och har liten energi per enskild ljusstråle.
För att kunna uppleva detta i praktiken skulle du behöva specialteknik. Tänk dig glasögon med en integrerad UV-kamera och en omvandlare som översätter ultraviolett strålning till synliga färger. Vetenskapligt är det möjligt, men sådana enheter tillhör fortfarande forskarverktyg – inte vanlig konsumentelektronik.
Ett liknande fenomen kan ibland ses i mindre skala. En kraftig urladdning vid skarpa metallkanter eller högspänningsledningar ger också upphov till en ljuskorona – på långa exponeringar syns ett svagt sken runt ledarna. Skogen under ett åskväder upplever något liknande, men i en enorm och utspridd skala.
Vad det innebär för naturen och för människan
Forskningen som publicerats i tidskriften Geophysical Research Letters är inte bara en kuriositet om trädens ”mystiska lysande”. Den visar att åskväder påverkar ekosystemet på ett mycket subtilare sätt än ett enskilt blixtnedslag i en stam.
Många processer i atmosfären – från bildandet av ozon till skapandet av aerosoler – beror på vilka reaktioner som sker i det tunna luftskiktet precis ovanför skogsytan. En serie mikrouppladdningar kan förändra den lokala kemin och därigenom indirekt påverka luftkvaliteten eller hur växter utbyter gaser med omgivningen. Forskarna från Pennsylvania öppnar på så sätt ett nytt kapitel i förståelsen av relationen mellan atmosfären och vegetationen.
Ur ett mänskligt perspektiv dyker det också upp frågor kring infrastruktur. Höga konstruktioner – master, elledningar, vindkraftverk – kan uppleva liknande koronafenomen. Att förstå vad som händer ovanför trädkronorna hjälper till att bättre utforma installationer som är utsatta för extrema elektriska fält. Det är inte uteslutet att kunskaperna från stormjakten även kan bidra till att skydda känslig elektronik eller till att förutsäga risker kopplade till klimatförändringar.
