Tutkimus hyönteisparvien sähköisestä varauksesta

Iso-Britannian tutkijat havaitsivat viime vuonna tutkimuksessaan (Hunting ym. 2022), että hyönteisparvien sähkövaraus voi vaikuttaa ilmakehän sähköisiin ominaisuuksiin. Tulokset antoivat viitteitä siitä, että parvien sähköisen varauksen suuruus riippuu parven tiheydestä ja että varauksen vaikutus ilmakehän sähkökenttään voi olla vastaavan suuruinen kuin sääilmiöiden aiheuttama.

Ilmakehän sähköisistä ominaisuuksista

Tutkijat kertovat artikkelissaan, että ilmakehässä on aina useita sähkövarauksen lähteitä, jotka vaikuttavat muun muassa hiukkasten, kuten tomun, liikkeisiin ja aiheuttavat ilmakehän sähkökentässä vaihtelevuutta. Tähän asti vain fyysisten ja geologisten prosessien on ajateltu vaikuttavan näihin sähkökenttiin, mutta näiden uusien tulosten mukaan niihin voi vaikuttaa myös biologiset lähteet, kuten tässä tapauksessa hyönteiset.

Artikkelissa todetaan, että ilmakehä on aina sähköisesti varautunut, myös hyvällä hyvällä säällä, jolloin ei ukkosta: se on ilmakehän ominaisuus. Ilmakehän sähkökenttää voidaan havainnoida potentiaalin pystysuuntaisen gradientin avulla (PG). Siinä verrataan maaperän pinnan ja metrin päässä sen yläpuolella olevan pisteen välistä jännite-eroa. Tämä jännite-ero aiheuttaa muun muassa biologisesti tärkeiden ionien, kuten nitraatin ja fosfaatin, kulkeutumista ja auttaa eläimiä levittäytymään ja navigoimaan.

Tutkijoiden mukaan muutoksia ilmakehän sähköisyydessä aiheuttavat monet asiat. Hyvän sään alueilla muutoksia aiheuttavat ukkosmyrskyalueiden sähköiset virtaukset. Paikallisella tasolla ilmakehän sähkökenttiin puolestaan vaikuttavat paikallisen ilmakehän sähköiset prosessit, kuten pilvien sähköistyminen, salamointi, sadanta, aerosolien varautuminen ja radioaktiivisuus. Vaikka tiedetään, että paikallinen potentiaalinen gradientti on herkkä ihmisperäisille saasteille, vulkaanisille ilmiöille ja mahdollisesti maanjäristyksille, ne eivät silti tutkijoiden mukaan selitä kaikkea vaihtelua ilmakehän sähkökenttien muutoksissa: kaikkea ei siis vielä tiedetä.

Uusi näkökulma – hyönteisten vaikutus ilmakehän sähköisyyteen

Artikkelin tutkijoilla on uudenlainen näkökulma ilmakehän sähköisyyden vaihtelevuuteen: myös organismit, jotka elävät alemmassa ilmakehässä, voivat toimia varauksen lähteenä ja sähköisyyteen. He toteavat, että hyönteiset ovat läsnä kaikkialla ilmakehässä ja voivat esiintyä parvissa, joilla on suuri tiheys. Lisäksi hyönteisillä on osoitettu olevan sähköinen varaus. Hyönteisparvia tavataan eri korkeuksilla ja eri tiheyksinä, ja ne koostuvat usein yhdestä lajista, kuten tarhamehiläisestä. Monet hyönteisparvet, kuten pistiäiset, termiitit ja kaksisiipiset, voivat muodostaa suuria parvia, jotka peittävät maa-alueita. Ne voivat aiheuttaa vakavia vahinkoja maataloudelle.

Tutkimuksen menetelmät ja tulokset

Tutkijat kehittivät elementtimenetelmällä kolmeulotteisen analyysimallin, jolla he arvioivat tarhamehiläisparven vaikutusta paikallisen ilmakehän sähkökenttiin. Mallissaan tutkijat käyttivät sekä aiempien tutkimusten tarhamehiläisten varausten mittaustuloksia sekä heidän omia, kalibroituja mittauksiaan. Mallien mukaan tarhamehiläisten ympärillä olevat sähkökentillä voi olla vaikutusta niiden paikalliseen sähköiseen ympäristöön.

Tutkijat tekivät mittauksia Bristolin yliopiston kenttäasemalla. Näissä mittauksissa he testasivat, voivatko tarhamehilälisten parvet aiheuttaa ilmakehän PG:hen havaittavia vaihteluja. Kenttäasemalla oli tarhamehiläisten  (jotka lentävät parvissa) pesiä. Parvien sähköisiä vaikutuksia mitattiin asettamalla parvien läheisyyteen sähkökenttien mittalaite ja ylöspäin osoittava kamera, jotta parvien tiheys pystyttiin arvioimaan. Kun parvi lensi mittalaitteen ohi, PG kasvoi 100 Vm^-1 parven ollessa tiheimmillään. Kontrollikentällä, joka sijaitsi 50 metrin päässä parvesta, tällaista mittaustulosta ei havaittu. Analyysin mukaan mehiläisparvien tiheys korreloi ilmakehän PG:n kanssa ja parven tiheyden ja ilmakehän potentiaalin gradientin välillä oli havaittavissa lineaarinen korrelaatio. Tulokset tukevat siis käsitystä, että tarhamehiläisparvi sisältää tarpeeksi varausta, jotta se voi vaikuttaa ilmakehän PG:n, ja että tämä vaikutus on verrannollinen parven tiheyteen.

Kulkusirkka- ja perhosparvien varausten vaikutus

Tutkijat vertailivat myös aavikkokulkusirkka- ja perhosparvien vaikutusta paikallisen ilmakehän sähkökenttiin vertaamalla parvien varaustiheyttä kolmien eri säätilojen varaustiheyksiin. Vertailussa olevat säätilat olivat puolipilvisyys, myrskypilvet ja sähköistyneet pölymyrskyt. He käyttivät laskelmissaan sekä aiempien tutkimusten mittaustuloksia säätilojen varausten suuruudesta ja hyönteisparvien tiheyksistä että omia mittauksiaan hyönteisten varausten suuruudesta.

Tutkijoiden laskelmat viittasivat siihen, että kulkusirkkaparvien varaustiheydet voivat ylittää sähköisten myrskyjen ja myrskypilvien varaustiheydet. Perhosparvi puolestaan ei vaikuttanut vastaavan varaukseltaan mitään vertailussa mukana olevia säätilöja, koska niiden parvet eivät ole kovin tiheitä. Kirjallisuudessa on kuitenkin raportoitu välillä suurista perhosparvista, jolloin kyseisten parvien PG:n muutokset voivat vastata puolipilvisen säätilan aiheuttamaa PG:n muutosta.

Johtopäätökset

Tutkijat tulivat laskelmiensa pohjalta johtopäätökseen, että parveilevat ja vaeltavat hyönteiset kuljettavat alemman ilmakehän varauksia ja voivat siten vaikuttaa ilmakehän sähköisyyden vaihtelevuuteen. Näitä biologisia varausten lähteitä ei heidän mukaansa ole otettu vielä huomioon esimerkiksi nykyisissä ilmastomalleissa, joissa esimerkiksi pyritään mallintamaan hiukkasten liikkeitä ilmakehässä. Hyönteisten aiheuttamat varaukset nimittäin voivat myös vaikuttaa ilmakehän hiukkasten muutoksiin muun muassa kuljettamalla pölyä.

Tiivistänyt Jasmin Nevala artikkelista Hunting, E. R., O’Reilly, L. J., Harrison, R. G., Manser, K., England, S. J., Harris, B. H., & Robert, D. (2022). Observed electric charge of insect swarms and their contribution to atmospheric electricity. Iscience, 25(11), 105241