Någonting osynligt pågår över skogens trädkronor under ett åskväder

Medan ett åskväder rasar utspelar sig något över trädkronorna som det mänskliga ögat inte alls förmår uppfatta. Ett amerikanskt forskarteam har nu äntligen lyckats dokumentera detta osynliga fenomen.

En amerikansk forskargrupp har i flera år haft en känsla av att åskväder förvandlar skogen till en gigantisk ljusföreställning som förblir osynlig för oss. För att bevisa detta byggde de om en gammal Toyota till ett mobilt laboratorium och gav sig ut på jakt efter åskväder. Till slut registrerade de ett fenomen som man hittills endast teoretiserat om.

Pennsylvania State University bakom upptäckten

En forskargrupp från Pennsylvania State University har under många år studerat hur elektriska fält påverkar växter. I deras hypoteser dök motivet om ett mystiskt sken över skogen under åskväder upp om och om igen — men hårda bevis från verkligheten saknades. Forskarna var övertygade om att den höga spänningen mellan moln och mark kunde förvandla trädkronor till ljuskällor, men ingen hade någonsin fångat det på kamera.

Under kontrollerade laboratorieförhållanden hade forskarna tidigare observerat att unga träd anslutna till lämpliga generatorer började utsända ett svagt, blekblått sken i det ultravioletta spektrumet. Det är ett resultat av mycket hög spänning och jonisering av luften runt bladen. Problemet är att sådan strålning är osynlig för det mänskliga ögat. Under ett naturligt åskväder sänder trädkronor ut korta ultravioletta blixtar som bokstavligen ”underlysner” skogen — men i ett band som människor inte kan uppfatta.

En ljusridå över träden som ingen kan se

För att kunna dokumentera denna dolda värld var forskarna tvungna att använda specialiserade kameror som registrerar ultraviolett strålning, extremt känsliga ljusdetektorer och bärbar meteorologisk utrustning. Alltsammans hamnade på taket av en gammal Toyota Sienna, som blev basen under jakten på åskväder längs rutter från North Carolina till Pennsylvania.

Forskarna var tvungna att följa åskvarningar, köra om nätterna mot atmosfäriska fronter och leta efter platser där höga träd växte nära vägen. När ett åskväder befann sig tillräckligt nära stannade de fordonet och startade inspelningarna. På skärmarna började precis det dyka upp som de hade hoppats på.

Små, snabba blixtar som for över bladen bildade kaskader av ljus — som miniatyrblixtar som löpte över ytan av en trädkrona. Utan utrustning för att registrera ultraviolett strålning skulle det mänskliga ögat bara se en mörk siluett av träd mot en himmel upplyst av vanliga blixtar. Det skogslandskap som för en människa framstår som en svart vägg blir för en UV-kamera till en hypnotiserande, blinkande yta av ljusa punkter.

Vad som exakt händer med träden under ett åskväder

När ett åskväder närmar sig tittar de flesta av oss upp och håller utkik efter de skarpa ljusblixtarna som skär genom himlen. Men den höga luftfuktigheten, de starka elektriska fälten och den höga spänningen mellan moln och mark får träden att bete sig som enorma, levande ledare.

Åskmolnen fungerar som ett gigantiskt batteri. Laddade till mycket hög spänning sänder de ett elektriskt fält ner mot marken. En vattenmättad stam leder denna laddning uppåt. Spänningen ”klättrar” långsamt upp genom trädet tills den når bladens fina strukturer.

När spänningen når trädkronorna uppstår små urladdningar vid bladens kanter — den så kallade ljuskoronan, en serie ultrakorta blixtar i det ultravioletta spektrumet som hoppar från blad till blad. För UV-kameror ser skogen i ett sådant ögonblick ut som ett pulserande, flimrande lager av blåaktigt sken som svävar över trädkronornas yta.

Varje enskild blixt varar en bråkdel av en sekund och sänder ut miljarder fotoner i mörkret. Våra ögon kan inte bara inte fånga en så snabb impuls — de är helt enkelt inte känsliga för denna våglängd. Under ett enda åskväder kan trädkronan på en hög ek eller tall utsända tusentals sådana mikroskopiska urladdningar, utan att någon som står under trädet registrerar någonting överhuvudtaget.

Utrustning nödvändig för jakten på åskvädrets fenomen

Teamet 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 miniatyriserad meteorologisk station som mätte vindriktning och -styrka, luftfuktighet och intensiteten av elektriska fält
lasrar för precis justering av fokus och avstånd till trädkronorna
en kamera för registrering av ultraviolett strålning och mycket snabba ljusblixtar
strömförsörjning och ett datainspelningssystem motståndskraftigt mot vibrationer och temperaturvariationer
meteorologisk radar för övervakning av åskbyars utveckling
GPS-navigering för exakt registrering av varje mätnings placering

Själva utfärden var långt ifrån logistiskt enkel. Forskarna tillbringade timmar med att vänta på rätt förhållanden och återvände ibland hem utan resultat eftersom åskvädret hade bytt riktning eller snabbt avtagit. Framgången kom först efter en rad försök, där de lyckades dokumentera dussintals episoder med ultravioletta urladdningar över trädkronorna på både löv- och barrträd.

Jordens globala elektriska kretslopp och skogarnas roll

Det är värt att sätta denna lysande storm i trädkronorna i ett större sammanhang. Jorden är nämligen omgiven av ett slags gigantiskt elektriskt kretslopp. Längst ner har vi planetens yta, högre upp jonosfären — ett elektriskt laddat atmosfärslager som börjar flera tiotusentals kilometer över våra huvuden.

Träd är en del av detta system. Deras höjd, fuktiga vävnad och vitt förgrenade kronor innebär att de aktivt deltar i överföringen av laddningar mellan mark och atmosfär. En bieffekt är just ljuskoronan i det ultravioletta bandet. Forskarna från Pennsylvania State University dokumenterar därmed indirekt att en skog inte bara är en passiv mottagare av åskenergi.

Långvarig exponering för sådana impulser kan också försvaga vävnaden i trädens översta delar. Forskarna tror att en del av de skador som observeras på de högsta grenarna — och som ibland enbart tillskrivs kraftiga vindbyar — kan hänga samman med återkommande koronaurladdningar. I klimatprognoser dyker ytterligare ett samband upp: i takt med stigande temperaturer ökar frekvensen av kraftiga åskväder, vilket innebär att skogar i många delar av världen kommer att utsättas för intensiva elektriska fält oftare.

Varför ser vi det inte, och kan man överhuvudtaget se det med blotta ögat

Det mänskliga ögat reagerar primärt på synligt ljus — från rött till violett. Ljuskoronan över träden uppstår i det ultravioletta spektrumet, alltså vid våglängder kortare än dem vi omedelbart kan registrera. Varje blixt varar dessutom extremt kort och har liten energi omräknat till den enskilda ljusstrålen.

För att komma närmare denna upplevelse i praktiken skulle du behöva specialteknik. Föreställ dig glasögon integrerade med en UV-kamera och en omvandlare som översätter ultraviolett strålning till synliga färger. Vetenskapligt är det möjligt, även om sådan utrustning fortfarande tillhör forskningsverktyg och inte konsumentelektronik.

Ett liknande fenomen kan man ibland observera i mindre skala. En kraftig urladdning vid vassa metallhörn eller högspänningsledningar är också en källa till ljuskorona — vid långa exponeringar kan man se ett svagt sken runt ledarna. Skogen under ett åskväder upplever något liknande, men i enorm, spridd skala.

Vad det betyder för naturen och för människor

Forskningen publicerad i tidskriften Geophysical Research Letters är inte bara en kuriositet om träds ”mystiska glödande.” Den visar att åskväder påverkar ekosystemet på ett långt mer subtilt sätt än en enskild blixtnedslag i en stam.

Många processer i atmosfären — från bildning av ozon till aerosolbildning — beror på vilka reaktioner som pågår i det tunna luftlagret precis över skogens yta. En serie mikrourladdningar kan förändra den lokala kemin och därmed indirekt påverka luftkvaliteten eller det sätt som växter utbyter gaser med omgivningen på. Forskarna från Pennsylvania öppnar därmed ett nytt kapitel i förståelsen av förhållandet mellan atmosfären och vegetationen.

Från ett mänskligt perspektiv väcker det också frågor om infrastruktur. Höga konstruktioner — master, elledningar, vindkraftverk — kan uppleva liknande koronafenomen. En bättre förståelse av vad som händer över trädkronorna hjälper till att designa installationer som utsätts för extrema elektriska fält. Det är inte uteslutet att insikterna från åskvädersjakten också kommer att finna tillämpning i skyddet av känslig elektronik eller i förutsägelsen av risker förknippade med klimatförändringar.