Ett fenomen som ingen någonsin sett med egna ögon

Under en nattlig stormjakt i USA stötte ett forskarteam på något ovanför trädtopparna som ingen tidigare dokumenterat i det fria. I en ombyggd Toyota följde vetenskapsmän i dagar åskväder från plats till plats – och det deras kameror fångade var inget mindre än häpnadsväckande.

Mitt i åskdundren och blixtnedslag registrerade utrustningen ett flimrande, lila sken i skogens kronor: en dold ljusföreställning som utspelar sig exakt i det ögonblick då luften laddas upp elektriskt.

Osynligt fyrverkeri över skogen

När vi ser åskväder tittar vi normalt mot himlen – på blixtar, mörka moln och regn. Men enligt forskare från Pennsylvania State University händer något helt annat precis ovanför våra huvuden. I skogens trädkronor uppstår en svag, snabbt pulserande glöd som får träden att lysa upp i ultraviolett ljus.

Våra ögon kan inte se det eftersom ljuset ligger utanför det synliga spektrumet. Ändå handlar det om ett äkta, fysiskt fenomen: kortvariga ljusblixtrar som rör sig längs blad och grenar. Forskarna beskriver det som en koronaurladdning – en typ av elektrisk urladdning som uppstår när spänningarna stiger kraftigt, men utan att bilda ett egentligt blixtnedslag.

Trädet fungerar som en antenn: det drar elektrisk laddning uppåt, som sedan släpps ut från kronan som en tyst ljusstorm.

I laboratoriet hade man tidigare sett ett svagt blått sken vid unga träd som sattes under spänning. Det gav en stark antydan om att träd ute i naturen också kan glöda under åskväder. Men det lyckades aldrig dokumenteras utomhus – förrän nu.

En gammal Toyota blir till ett mobilt åsklaboratorium

För att kunna filma fenomenet i det fria byggde teamet om en Toyota Sienna till ett mobilt forskningsfordon. Minibussen utrustades med:

En egen väderstation på taket för mätning av elektrisk aktivitet
Lasrar för precis registrering av avstånd och positioner
En specialiserad ultraviolett kamera som kan fånga ljus som är osynligt för människor

Med detta rullande laboratorium körde forskarna från storm till storm – från North Carolina till Pennsylvania. De parkerade minibussen vid kanten av skogsområden, riktade kameran mot trädtopparna och väntade på att åskvädret skulle dra förbi.

På de direkta inspelningarna kunde de se små, snabba ljusutbrott som tydligen hoppade från blad till blad. Varje blixt varade bara en bråkdel av en sekund. Enligt mätningarna sänder dessa miniurladdningar varje gång ut miljarder av fotoner, men i en våglängd som är osynlig för människor.

Så fungerar jordens elektriska kretslopp

Observationerna passar in i ett större sammanhang: vår planet är omgiven av ett globalt elektriskt kretslopp. Detta kretslopp drivs av en spänningsskillnad på cirka 250 000 volt mellan jordens yta och jonosfären – ett lager av laddade partiklar på ungefär 50 till 80 kilometers höjd.

1. Jorden som ett gigantiskt batteri

Jonosfären uppför sig som batteriets pluspol, medan jordytan utgör minuspolen. Denna spänningsskillnad skapar en konstant, men mycket svag ström mellan himmel och jord. Åskväder spelar en central roll i detta system.

2. Blixtar pumpar energi uppåt

Vid kraftiga åskväder skjuts positiva laddningar från molnens toppar upp mot jonosfären. Även till synes harmlösa, laddade moln utan synliga blixtar sänder positiva strömmar uppåt och laddar därmed det översta lagret runt jorden.

3. Negativ laddning rör sig nedåt

När en blixt slår ner överförs en enorm mängd negativ laddning från molnet till jordytan. I kombination med de uppstigande positiva strömmarna byggs spänningen i ”jordbatteri”-systemet ytterligare upp.

4. Lugnt väder avleder laddningen

På dagar utan åskväder rinner en mjuk motström av positiv laddning via små laddade molekyler i luften ner mot jorden. Därmed hålls det globala elektriska kretsloppet någorlunda i balans.

Träd befinner sig bokstavligen mitt i detta system. Under ett åskväder uppför de sig som naturliga ledare: den elektriska laddningen kryper upp genom den våta stammen och grenarna, ända ut till bladen.

Därför börjar trädtopparna glöda

När laddningen i kronan stiger tillräckligt påverkas den omgivande luften så kraftigt att en koronaurladdning uppstår. Luftmolekyler blir kortvarigt elektriskt exciterade och faller genast tillbaka till sitt normala tillstånd – och i den processen frigörs en smula energi i form av ultraviolett ljus.

Ljusföreställningen är i själva verket en varningssignal om att den elektriska spänningen runt trädet har stigit till en farlig nivå.

För mänskliga ögon förblir det osynligt, men känsliga kameror fångar det utmärkt. Skogen får då en sorts spöklikt glöd, som om en ultraviolett slöja vilar över kronorna. Blixtrarna går dessutom så snabbt att man förmodligen inte skulle märka något ens med mörkerseende.

Skador på träd och påverkan på luften

De elektriska stötarna i kronorna är inte ett rent ofarligt ljusspektakel. Forskningen visar att upprepade koronaurladdningar över tid kan skada de översta grenarna. Celler kan dö och kvistar kan torka ut – särskilt hos träd som ofta befinner sig i centrum av åskväder.

Dessutom påverkar urladdningen luftsammansättningen runt bladen. Vid koronaurladdningar bildas bland annat reaktiva kväveföreningar och ozon. I stor skala kan det ha betydelse för den lokala luftkemin – till exempel i och runt stora skogar i åsktäta områden.

Trädskador: Angrepp på kvistar och bladvävnad
Luftkemi: Bildning av reaktiva gaser runt kronan
Ekologi: Möjlig påverkan på tillväxt och hälsa i skogsbryn

Klimatförändringar och oftare ”lysande” skogar

Klimatmodeller visar att kraftiga åskväder i många regioner kan bli vanligare och mer intensiva. Varmare luft kan hålla mer fukt, vilket ökar sannolikheten för kraftig konvektion och åskväder. Under sådana förhållanden kommer träd oftare fungera som elektriska antenner.

Det betyder att den dolda ljusföreställningen i skogar sannolikt kommer förekomma oftare. I områden med täta skogar och mycket åskväder – som delar av USA, Sydamerika och Centralafrika – kan detta fenomen nästan vara daglig kost, utan att människor någonsin ser det direkt.

Vad det betyder för naturälskare och skogsförvaltare

För vandrare och campare förändras inte mycket med den gamla tumregeln: håll dig borta från höga, ensamma träd och öppna fläckar i skogen under kraftigt åskväder. Dessa platser attraherar mest laddning och har därför också den största risken för blixtnedslag och kraftig koronaaktivitet.

Skogsförvaltare kan i framtiden möjligen använda koronaurladdningar som en användbar signal. Med rätt utrustning är det möjligt att mäta vilka skogspartier som upplever extrem elektrisk belastning under stormar. Det kan hjälpa till att identifiera sårbara träd eller undersöka om vissa trädarter är mer utsatta för åskskador än andra.

Ultraviolett ljus, fotoner och vad vi ser – och inte ser

Ultraviolett ljus består av elektromagnetisk strålning med kortare våglängder än synligt violett ljus. Människor ser det inte, men många djur – som bin – har ögon som just är känsliga för UV. Det är därför inte uteslutet att vissa djurarter i århundraden kunnat iaktta detta dolda ljusspel över skogen, medan vi människor varit fullständigt omedvetna om det.

Varje registrerad blixt i undersökningen bestod av miljarder av fotoner – bittesmå energipaket. För våra ögon finns det fortfarande för få, och de följer för snabbt på varandra, för att vi ska uppleva dem som ett egentligt ljusflimmer. Först med extremt känsliga kameror och långa exponeringstider träder mönstren fram och avslöjar att åskväder gör mycket mer än att bara sända blixtar mot jorden.