Ett dolt ljussken över skogen

Amerikanska vetenskapsmän har för första gången lyckats dokumentera hur träd sänder ut kortvariga ultravioletta ljusblixtar mitt under åskväder. Med en ombyggd buss fullproppad med mätutrustning reste de tusentals mil i jakt på stormar för att slutligen fånga fenomenet på film ute i naturen.

Forskare från Pennsylvania State University hade under flera år haft en stark misstanke om att träd reagerar på de enorma elektriska spänningarna i atmosfären när åskan går. I labbet såg de ett svagt blåaktigt sken kring unga träd när dessa utsattes för kraftfulla elektriska fält. Men ute bland träden förblev fenomenet osynligt.

Allt förändrades när teamet beslöt sig för att bokstavligen ge sig ut på vägarna. De gjorde om en gammal Toyota Sienna till ett rullande stormlaboratorium. På taket monterade de en kompakt väderstation, lasrar och en känslig ultraviolett kamera – utrustning som registrerar ljus långt bortom vad mänskliga ögon förmår uppfatta.

Med denna improviserade forskningsbuss körde de längs kraftiga åskmoln från North Carolina till Pennsylvania. Medan dundret rullade och vanliga blixtar lyste upp himlen riktade forskarna inte kameran mot skyarna – utan mot trädkronorna utefter vägen.

På filmerna dök blixtsnabba, lila och blå ljusflagor upp som tycktes hoppa från löv till löv i en slags elektrisk dans.

Forskarna beskriver det som en koronaurladdning: små ultravioletta urladdningar vid spetsarna på löv och grenar, orsakade av de extremt höga elektriska fälten under ett åskväder.

Hur åskväder förvandlar jorden till ett jättebatteri

För att begripa fenomenet granskade forskarna det större sammanhanget – den så kallade globala elektriska kretsen. Vår planet är konstant elektriskt laddad, även när solen strålar från en molnfri himmel.

Jorden fungerar som den negativa polen i ett batteri.
Jonosfären, ett laddat skikt i den övre atmosfären, utgör den positiva polen.
Mellan dessa två råder en spänningsskillnad på runt 250 000 volt.
Åskväder och blixtar upprätthåller denna spänningsskillnad.

Åskmoln som levande högspänningsledningar

Åskmoln beter sig som gigantiska kondensatorer. Genom friktion mellan iskristaller, vattendroppar och luftströmmar byggs elektrisk laddning upp. Vissa blixtnedslag träffar marken, medan andra skjuter från molnens toppar upp mot jonosfären.

Samtidigt kryper spänningen också genom allt som leder ström: byggnader, blixtnedledare – och träd. Regn och fukt gör trädstammarna extra ledande, så laddning kan relativt enkelt röra sig uppåt genom rötter och stam.

När spänningen i omgivningen blir tillräckligt hög börjar luften runt vassa kanter och spetsar att ”läcka”. Trädkronans översta löv fungerar då som små antenner som släpper ut laddning i luften. Det är just denna process som skapar det ultravioletta ljusskenet som nu för första gången filmats utanför laboratoriet.

Därför har ingen sett ljusblixten tidigare

Ljusshowen i trädtopparna är spektakulär – men totalt osynlig för blotta ögat. Det finns två avgörande orsaker till det.

Blixtarna varar extremt kort: från mikrosekunder till millisekunder.
Ljuset befinner sig i den ultravioletta delen av spektrumet, som våra ögon inte kan registrera.

På den specialiserade kameran såg forskarna små, intensiva ljuspunkter som synbarligen hoppade slumpmässigt runt i trädkronorna. Varje blixt utsänder uppskattningsvis miljarder fotoner, men på grund av hastigheten och våglängden upptäcker vi det aldrig utan rätt utrustning.

Det förklarar varför naturforskare och stormjägare aldrig tidigare rapporterat om detta sken – trots decennier av blixtstudier och höghastighetskameror. Det mesta utrustningen är nämligen inställd på synligt ljus och inte på ultraviolett strålning.

Vad ljusshowen betyder för träden

Koronaurladdningarna i trädtopparna är inte bara ett vackert naturfenomen. De avslöjar också att träd utsätts för betydande elektrisk stress under kraftiga regnbyar.

Vid varje miniurladdning bildas laddade partiklar och reaktiva molekyler som kan påverka både luften och trädvävnaden.

Forskarna förväntar sig att upprepade urladdningar på sikt kan orsaka skador på de översta grenarna. Det kan exempelvis visa sig som:

Små brännskador på löv och knoppar
Störningar i lövens kemiska processer
Ökad sårbarhet för svamp och andra angrepp

Dessutom kan urladdningarna förändra kemin i den omgivande luften. I trädkronornas omedelbara närhet bildas reaktiva kväve- och syreföreningar som kan påverka ozon, fina partiklar och den lokala luftkvaliteten – även om den exakta omfattningen fortfarande är svår att mäta.

Mer åskväder på grund av klimatförändringar – mer ljus i skogen

Klimatmodeller förutspår att kraftiga åskväder kommer förekomma oftare i många regioner, inklusive delar av USA och Europa, i takt med att jorden värms upp. Varm, fuktig luft är helt enkelt det perfekta bränslet för bildning av åskväder.

Om det scenariot utspelar sig blir förutsättningarna för koronaurladdningar i trädtopparna ännu mer gynnsamma. Fuktigare träd leder bättre, och kraftigare stormar bygger upp mer laddning. Forskarna förväntar sig därför att den hemliga ljusshowen i skogarna kommer förekomma oftare framöver – även om den fortsatt förblir osynlig för skogsvandrare utan specialiserad utrustning.

Undersökningen publicerades i den vetenskapliga tidskriften Geophysical Research Letters, där många studier om väder, klimat och geofysik presenteras. Resultaten ger modellbyggare nya verktyg för att bättre förstå hur åskväder, vegetation och den globala elektriska kretsen påverkar varandra.

Vad betyder det för vandrare och blixtsäkerhet?

För människor förändras inte de välkända säkerhetsreglerna vid åskväder. De ultravioletta blixtrarna utgör ingen extra fara i sig själva – de är snarare en signal om en situation som redan är riskfylld. Standardråden gäller fortfarande:

Undvik höga, ensamma träd i öppen terräng.
Håll dig borta från skogsbryn och fritstående master.
Sök skydd i en bil eller byggnad – inte under ett träd.
Lägg ifrån dig metallföremål och cyklar och håll avstånd.

De nya insikterna ger dock en skarpare bild av vad som egentligen händer om du befinner dig i skogen under ett åskväder. Trädet bredvid dig fungerar då som en del av ett elektriskt nätverk som sträcker sig från rötterna i marken ända upp till jonosfären dussintals kilometer uppe.

Vad är egentligen en koronaurladdning?

Koronaurladdningar förekommer inte bara i skogar. Fenomenet är välkänt från högspänningsledningar, flygvingar och skeppsmaster. När elektriska fält kring vassa spetsar blir tillräckligt kraftfulla joniseras den omgivande luften delvis. Det ger ett svagt, ofta lila eller blått sken samt ett mjukt sprakande.

Förr till havs kallades detta Sankt Elmseld: ett mystiskt ljussken kring master under stormar. Det som forskarna nu observerar i trädtopparna påminner starkt om det gamla sjömansfenomenet – men befinner sig i det ultravioletta området och är endast synligt med moderna kameror.

För framtida studier återstår fortfarande mycket arbete. Bland annat är frågan om hur mycket energi som exakt strömmar in i den globala elektriska kretsen via trädtopparna fortfarande obesvarad. Det är heller inte klarlagt om vissa trädarter – med specifika lövformer eller höjder – är mer mottagliga för denna osynliga ljusshow än andra.