Pół wieku temu amerykański matematyk Edward Lorentz zadał słynne pytanie – czy motyl trzepoczący skrzydłami w Brazylii może, poprzez chaotyczny efekt domina, wywołać tornado w Teksasie. Gdyby jednak nieco zmienić tę tezę i zapytać, czy wystarczająca liczba szarańczy trzepoczących swoimi skrzydłami mogą naładować powietrze i wywołać burzę, to stałoby się równie sławne? Nie zrobił tego, ale mamy odpowiedź.
Nowe badanie nad wpływem, jaki latające owady mogą mieć na atmosferyczne pole elektryczne, wskazały, że trzepotanie mnóstwa maluteńkich skrzydełek może elektryzować powietrze w taki sam sposób, w jaki wirujące chmury pary wodnej są w stanie naładować powietrze w czasie burzy.
Nie oznacza to, że musimy się martwić biblijnymi plagami szarańczy strzelającej piorunami, ale może to być dowód na potrzebę uwzględnienia zjawisk biologicznych przy modelowaniu lokalnych wzorców w atmosferycznym polu elektrycznym.
Zbliż się do atomów tworzących kurz, wilgoć i części ciała owadów, które pędzą w powietrzu nad nami, a zobaczysz, że elektrony są poruszane jak drobne w kieszeni biegacza.
Przy wystarczającym szturchnięciu, te ujemnie naładowane cząsteczki mogą wypaść ze swoich dodatnio naładowanych kieszeni, tworząc różnicę zwaną gradientem potencjału. Podczas burzy małe cząstki lodu unoszące się w kolumnach powietrza mogą ocierać się o większe fragmenty zmierzające ku ziemi, generując pas transmisyjny ładunków, które zwiększają gradienty potencjału między szczytami chmur, dołem chmur a ziemią poniżej.
Choć zasadniczo gromadzenie się ładunków jest zasadniczo niewidoczne, efekty już jak najbardziej. Kiedy gradient osiąga punkt krytyczny, tworzą się zjonizowane kanały, a równowaga zostaje skutecznie wyrównana w pędzie, które widzimy jako błyskawicę.
Nawet przy braku wyładowań atmosferycznych, strefy kontrastujących ładunków mogą wywierać wpływ na ruchy jonów, w tym różnych zanieczyszczeń i cząstek pyłu. O wielkości i położeniu gradientów potencjału może decydować wiele czynników – od ruchów chmur, przez opady, po nawet pokazy promieni kosmicznych, ale do tej pory nikt tak naprawdę nie brał pod uwagę wpływu zjawisk biologicznych.
„Zawsze patrzyliśmy na to, jak fizyka wpływa wpływa na biologię, ale w pewnym momencie zdaliśmy sobie sprawę, że biologia może również wpływać na fizykę” – twierdzi pierwszy autor badania Ellard Hunting, biolog z University of Bristol w Wielkiej Brytanii.
„Interesuje nas, jak różne organizmy wykorzystują statyczne pola elektryczne, które są praktycznie wszędzie w środowisku” – dodał.
W ostatnich latach stało się jasne, że owady i inne bezkręgowce mogą przenosić ładunki, które dają im maleńki potencjał w stosunku do otaczającej atmosfery. Małe pająki mogą nawet używać tej sztuczki do wystrzelenia się w niebo.
Nigdy jednak nie zmierzono, jak ten drobny potencjał gromadzi się w rojach. Hunting oraz jego zespół udali się zatem do stacji terenowej University of Bristol School of Veterinary Sciences, aby poczekać na rój jednej z licznych rodzin pszczelich. Używając monitora pola elektrycznego oraz kamery do obserwacji zagęszczenia pszczół, badacze śledzili lokalny gradient potencjału przelatującego roju. Przez trzy minuty pszczoły przelatywały obok, podnosząc gradient potencjału nad głową nawet o 100 woltów na metr.
Późniejsza analiza potwierdziła, że napięcie było związane z koncentracją roju, co pozwoliło badaczom przewidzieć z wystarczającą pewnością, jak dana liczba pszczół bzyczących w konkretnej plamie powietrza może wpłynąć na ładunek atmosfery.
Wiedząc, że ich szacunki sprawdziły się w przypadku pszczół, zespół zastosował to samo rozumowanie do innych owadów, które układają się w roje.
Biorąc pod uwagę indywidualne ładunki dla szarańczy i skalując je do liczb wielkości plagi, badacze obliczyli, że znaczny rój tych owadów mógłby potencjalnie generować gęstość ładunków bardzo podobną do tych, które można znaleźć w burzach.
„Interdyscyplinarność jest tu cenna – ładunek elektryczny może wydawać się, że żyje wyłącznie w fizyce, ale ważne jest, by wiedzieć, jak bardzo cały świat przyrody jest świadomy istnienia elektryczności w atmosferze” – mówi Giles Harrison, fizyk atmosfery z University of Reading.
Źródło: Science Alert
PRZYRODA , POGODA, KLIMAT 