Något osynligt händer ovanför skogens trädkronor under ett åskväder

Mitt under ett helt vanligt åskväder utspelar sig något ovanför skogens trädkronor som det mänskliga ögat aldrig kan uppfatta. Nu har forskare äntligen fångat det på kamera.

Ett amerikanskt forskarlag hade i åratal en känsla av att åskväder förvandlar skogen till en gigantisk, osynlig ljusshow. För att bevisa det byggde de om en gammal Toyota till ett mobilt laboratorium och begav sig ut på jakt efter åskväder — och slutade med att dokumentera ett fenomen som hittills bara existerat i teorin.

Pennsylvania State University bakom upptäckten

Forskare från Pennsylvania State University har i flera år studerat hur elektriska fält påverkar växter. I deras hypoteser dök idén om ett mystiskt ljussken över skogen under åskväder upp om och om igen — men hårda bevis från verkligheten saknades. Det ändrades när teamet bestämde sig för att ge sig ut på nattlig åskvädersjakt.

I laboratoriet hade forskarna tidigare observerat att unga träd kopplade till lämpliga generatorer började utsända ett svagt, blekt blått sken i det ultravioletta spektrumet. Effekten beror på mycket hög spänning och jonisering av luften runt bladen. Problemet är bara att denna strålning är fullständigt osynlig för det mänskliga ögat.

En ljusridå över träden som ingen kan se

För att överhuvudtaget kunna se detta hemlighetsfulla fenomen var forskarna tvungna att använda specialkameror som registrerar ultraviolett strålning, extremt känsliga ljusdetektorer och bärbar meteorologisk utrustning. Alltihop hamnade på taket av en gammal Toyota Sienna, som blev operationsbas under jakten på åskväder längs en rutt från North Carolina till Pennsylvania.

Under naturliga åskväder utsänder trädkronorna korta ultravioletta blixtar som bokstavligt talat ”underlyser” skogen — men i ett band som människor inte kan uppfatta. Forskarna från universitetet använde utrustning som exakt kan registrera denna del av spektrumet.

För kameror med UV-filter ser skogen i sådana 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 skickar ut miljarder fotoner i mörkret. Våra ögon kan inte bara registrera en så kraftig impulssignal — de är inte alls känsliga för denna våglängd.

Vad händer egentligen med träden under ett åskväder

När ett åskväder närmar sig tittar de flesta av oss upp och letar efter blixtnedslag som klyver himlen. Men hög luftfuktighet, kraftiga elektriska fält och den höga spänningen mellan molnen och marken får träden att bete sig som enorma, levande ledare.

Åskmolnen fungerar då som ett gigantiskt batteri. Laddade till mycket hög spänning skickar de elektriska fälten ända ner till jordens yta. En vattendränkt stam leder denna laddning uppåt. Spänningen ”kryper” långsamt upp längs trädet tills den når bladens fina strukturer.

När spänningen når trädkronorna uppstår små urladdningar vid bladens kanter — den så kallade koronan, en serie ultrakorta blixtar i det ultravioletta spektrumet som hoppar från blad till blad. Forskarna från Pennsylvania State University dokumenterade dessa koronaurladdningar med hjälp av specialkameror.

För människan framstår skogslandskapet som en svart vägg. För UV-kameran förvandlas det till en hypnotiserande, flimrande yta av ljusa punkter. De enskilda blixtarna rör sig i kaskader som en miniatyrblixt som glider över kronornas yta.

Vilken utrustning använde forskarna i den ombyggda Toyotan

Forskarteamet valde att lämna laboratoriet och ”jaga” åskväder i fält. Den gamla Toyota Sienna utrustades med en lång rad instrument:

en mast med en miniatyrväderstation som mäter vindriktning och -styrka, luftfuktighet och intensiteten av elektriska fält
lasrar för exakt inställning av fokus och avstånd till trädkronorna
en kamera som registrerar ultraviolett strålning och mycket snabba ljusblixtar
strömförsörjning och ett datainsamlingssystem motståndskraftigt mot vibrationer och temperatursvängningar
bärbara generatorer för att säkerställa oavbruten drift av all utrustning
GPS-navigering för spårning av åskväderfronternas rörelse
skyddande skydd för den känsliga elektroniken

Själva utryckningen var långt ifrån logistiskt enkel. Forskarna var tvungna att följa åskvädersprognoser, köra om natten mot atmosfäriska fronter och hitta platser där höga träd växer nära vägen. När åskvädret var tillräckligt nära stannade de bilen och startade inspelningen.

På skärmarna började det dyka upp som de hoppades på: små, snabba blixtar som hoppade över bladen. Ljuset rörde sig i kaskader. Utan ett instrument som registrerar ultraviolett strålning skulle det mänskliga ögat bara se en mörk siluett av träd mot en himmel upplyst av vanliga blixtar.

Jordens globala elektriska kretslopp och trädens roll

Denna ljusshow i trädkronorna ger ännu mer mening när man sätter in det i ett större sammanhang. Jorden är nämligen omgiven av något som fungerar som ett gigantiskt elektriskt kretslopp. Längst ner har vi planetens yta, högre upp jonosfären — ett elektriskt laddat atmosfärskikt som börjar dussintals kilometer över våra huvuden.

Träd är en del av detta system. Deras höjd, fuktiga vävnad och välutvecklade kronor gör att de deltar i överföringen av laddningar mellan jorden och atmosfären. En bieffekt är just koronaeffekten i det ultravioletta bandet.

I klimatprognoser dyker ytterligare en aspekt upp: i takt med stigande temperaturer ökar frekvensen av kraftiga åskväder. Det betyder att skogar i många delar av världen kommer att utsättas för intensiva elektriska fält och serier av dessa mikrourladdningar betydligt oftare.

Den osynliga showen har ett pris för träden

Även om ljuskoronaeffekten ser imponerande ut är den inte neutral för växterna själva. Passage av elektriska laddningar och lokala urladdningar vid bladens kanter påverkar luftkemin precis ovanför trädkronorna. Nära bladen bildas reaktiva partiklar som kan förändra sammansättningen av gaser, inklusive kväveoxider och ozon.

Långvarig exponering för sådana impulser kan dessutom försvaga vävnaden i trädens översta delar. Forskarna misstänker att en del av den skada man observerar i de högsta grenarna — som ibland bara tillskrivs kraftiga vindbyar — kanske hänger samman med upprepade koronaurladdningar.

Forskningen beskriven i tidskriften Geophysical Research Letters är inte bara en kuriositet om träds mystiska lysning. Den visar att åskväder påverkar ekosystemet på mycket mer subtila sätt än ett enskilt blixtnedslag i en stam. Många processer i atmosfären är beroende av vilka reaktioner som pågår i det tunna luftlagret precis över skogens yta.

Vad betyder det för naturen och för oss människor

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.

En lång rad atmosfäriska processer — från ozonbildning till aerosolbildning — beror på vilka reaktioner som äger rum i det tunna luftlagret direkt över skogen. En serie mikrourladdningar kan förändra den lokala kemin och därmed indirekt påverka luftkvaliteten eller det sätt som växter utbyter gaser med omgivningen.

Nya data från USA antyder att vår föreställning om åskväder som en serie blixtar mellan moln och mark är alldeles för förenklad. Träd är inte bara passiva offer för blixtnedslag. De bildar ett aktivt elektriskt nätverk med molnen, och de osynliga blixtarna över trädkronorna blir en del av ett större planetariskt batteri, drivet av energin från atmosfärens åskväder. Kanske är frågan vad mer som pågår runt omkring oss i andra spektrum — som vi ännu inte alls känner till.