Zapach deszczu wyczuwalny po letniej burzy nie pochodzi z samej wody spadającej z chmur. Jest mieszaniną substancji uwalnianych z gleby i roślin, drobnych aerozoli wyrzucanych w powietrze przez uderzenia kropel oraz związków chemicznych powstających w atmosferze podczas wyładowań elektrycznych.
Jak informuje redakcja TopFlop , powołując się na materiały Massachusetts Institute of Technology, badania prowadzone z użyciem szybkich kamer pokazały mechanizm, dzięki któremu zapach mokrej ziemi trafia do powietrza. Kropla uderzająca w porowate podłoże zatrzymuje mikroskopijne pęcherzyki powietrza. Pęcherzyki unoszą się wewnątrz kropli, pękają i wyrzucają chmurę aerozoli zawierających substancje obecne na powierzchni gleby.
To właśnie te mikroskopijne cząstki, a nie czysta woda deszczowa, przenoszą większość charakterystycznych ziemistych aromatów.
Petrichor, czyli mieszanina zapachów uwolnionych przez deszcz
Naukowa nazwa zapachu pojawiającego się, gdy deszcz spada na suchą ziemię, to petrichor. Termin został wprowadzony przez australijskich badaczy Isabel Joy Bear i Richarda Thomasa w artykule opublikowanym 7 marca 1964 roku w czasopiśmie „Nature”. Naukowcy z Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation badali charakterystyczny aromat suchej gleby zwilżonej wodą i opisali substancje gromadzące się wcześniej w skałach oraz podłożu.
Słowo „petrichor” powstało z połączenia greckich określeń odnoszących się do kamienia oraz „ichoru”, czyli mitologicznego płynu płynącego w żyłach bogów. Nie oznacza ono jednego konkretnego związku chemicznego. Petrichor jest zapachem złożonym z kilku grup substancji, których udział zależy między innymi od rodzaju gleby, roślinności, długości okresu bez opadów i intensywności deszczu.
Według materiałów American Chemical Society do najważniejszych składników odpowiadających za zapach po deszczu należą:
- geosmina wytwarzana przez mikroorganizmy żyjące w glebie;
- lotne olejki i inne związki pochodzenia roślinnego;
- ozon oraz produkty reakcji zachodzących podczas wyładowań atmosferycznych.
Geosmina odpowiada za woń wilgotnej ziemi
Najbardziej rozpoznawalną ziemistą nutę tworzy geosmina — naturalny związek organiczny o bardzo intensywnym zapachu. American Chemical Society opisuje ją jako bicykliczny terpen o ziemistym aromacie. Substancję wytwarzają między innymi mikroorganizmy glebowe, w tym bakterie należące do grupy promieniowców.
Geosmina jest obecna w glebie jeszcze przed pojawieniem się deszczu. Podczas suchej pogody może pozostawać związana z powierzchnią gruntu i materiałem organicznym. Kiedy krople zaczynają uderzać w ziemię, zawierające ją drobiny zostają przeniesione do powietrza w postaci aerozolu. Wiatr rozprowadza następnie te cząstki wokół miejsca opadu.
Ludzki zmysł węchu reaguje na geosminę przy bardzo niskim stężeniu. Dlatego ziemisty aromat może być zauważalny nawet podczas krótkiego lub niezbyt intensywnego deszczu, zanim podłoże zostanie całkowicie przemoczone.
„Zapach nie pochodzi z samego deszczu, lecz z ziemi” — wyjaśniał prof. Cullen Buie z MIT, komentując wyniki badań zespołu.
Geosmina odpowiada również za ziemisty smak buraków oraz za niektóre zapachy wyczuwalne w wodzie. W przypadku burzy jej znaczenie polega przede wszystkim na tworzeniu charakterystycznej woni świeżo zwilżonego gruntu.
Rośliny pozostawiają olejki na glebie i skałach
Drugim elementem petrichoru są związki pochodzenia roślinnego. W okresach bez opadów rośliny uwalniają lotne substancje i olejki, które mogą osadzać się na ziemi, kamieniach oraz innych porowatych powierzchniach. Po nadejściu deszczu woda wypłukuje część tych związków, a uderzenia kropel pomagają przenieść je do atmosfery.
Skład uwalnianych substancji różni się w zależności od lokalnej roślinności. Inaczej może pachnieć deszcz spadający na rozgrzany las iglasty, inaczej opad na łąkę, pole uprawne, miejski park czy wyschnięty ogród.
Im dłużej trwał okres suchej pogody, tym więcej lotnych związków mogło zgromadzić się na podłożu przed pierwszym opadem.
Nie oznacza to jednak, że każda długa susza prowadzi do równie intensywnego zapachu. Znaczenie mają także wilgotność gruntu, jego porowatość, temperatura oraz siła, z jaką krople uderzają w powierzchnię.
Jak kropla deszczu wyrzuca zapach z gleby
Mechanizm uwalniania aerozoli został szczegółowo opisany w 2015 roku przez Youngsoo Jounga i Cullena Buiego z MIT. Badacze przeprowadzili około 600 eksperymentów na 28 powierzchniach, obejmujących materiały przygotowane laboratoryjnie i różne próbki gleby. Uderzenia pojedynczych kropel rejestrowano kamerami o bardzo wysokiej prędkości.
Obserwacje pokazały trzy kolejne etapy:
- Kropla spłaszcza się po zetknięciu z porowatą powierzchnią i zatrzymuje niewielkie ilości powietrza.
- W jej wnętrzu powstają pęcherzyki, które przemieszczają się ku górze.
- Pęcherzyki pękają, wyrzucając w ciągu mikrosekund setki mikroskopijnych kropelek do atmosfery.
Aerozole mogą zawierać związki zapachowe, cząstki mineralne i materiał biologiczny znajdujący się na powierzchni gruntu. Badanie opublikowane w „Nature Communications” potwierdziło, że uderzenia kropel w zwilżalne, porowate gleby są odrębnym mechanizmem powstawania aerozoli środowiskowych.
„Do tej pory ludzie nie wiedzieli, że aerozole mogą powstawać wskutek uderzeń kropel o glebę” — mówił Youngsoo Joung z MIT po publikacji badania.
Lekki deszcz może pachnieć intensywniej niż ulewa
Badania MIT wykazały, że największa liczba aerozoli nie zawsze powstaje podczas gwałtownego opadu. Szczególnie skuteczny może być lekki lub umiarkowany deszcz spadający na glebę o odpowiedniej przepuszczalności i wilgotności.
Podczas bardzo silnej ulewy krople uderzają w podłoże z dużą prędkością. W takich warunkach może brakować czasu na utworzenie stabilnych pęcherzyków wewnątrz kropli. Woda szybciej rozbryzguje się na powierzchni, a mechanizm wyrzucania drobnego aerozolu staje się mniej wydajny.
Najwięcej aerozoli zaobserwowano, gdy:
- opad był lekki lub umiarkowany;
- podłoże miało średnią zwilżalność i porowatość;
- gleba nie była jeszcze całkowicie nasycona wodą.
To wyjaśnia, dlaczego zapach mokrej ziemi bywa szczególnie wyraźny na początku opadu po kilku gorących, suchych dniach. Pierwsze krople uwalniają związki nagromadzone na podłożu, zanim kolejne porcje wody spłuczą powierzchnię i ograniczą emisję aerozoli.
Co zmieniają błyskawice i ozon
Po burzy może pojawić się również ostrzejsza, świeża woń różniąca się od ziemistego zapachu gleby. Jest ona kojarzona z ozonem po burzy oraz innymi produktami reakcji zachodzących podczas wyładowań atmosferycznych.
Błyskawica dostarcza energii zdolnej do rozbijania cząsteczek tlenu i azotu w atmosferze. Powstałe reaktywne fragmenty uczestniczą następnie w kolejnych reakcjach chemicznych. Jednym z możliwych produktów jest ozon, czyli cząsteczka zbudowana z trzech atomów tlenu.
Materiały edukacyjne amerykańskiej National Weather Service wymieniają zapach ozonu jako jeden z sygnałów, które mogą wystąpić bezpośrednio przed bardzo bliskim uderzeniem pioruna. Taka sytuacja oznacza natychmiastowe zagrożenie i wymaga schronienia się w budynku lub zamkniętym samochodzie.
Zapach wyczuwany przez większość osób po przejściu burzy jest jednak mieszaniną wielu składników. Ozon może odpowiadać za bardziej ostry, chemiczny akcent, podczas gdy geosmina i związki roślinne tworzą dominującą woń wilgotnej ziemi.
Dlaczego zapach można poczuć przed pierwszymi kroplami
Charakterystyczna woń bywa wyczuwalna również wtedy, gdy w danym miejscu jeszcze nie pada. Opad może rozpocząć się kilka kilometrów dalej, a prądy zstępujące i porywy wiatru związane z burzą transportują aerozole oraz lotne związki w kierunku obserwatora.
Cząstki geosminy, olejków roślinnych i innych substancji uwolnionych w strefie opadu mogą więc dotrzeć wcześniej niż sama ściana deszczu. Nie jest to niezawodna metoda przewidywania pogody, lecz efekt przemieszczania się powietrza przed burzą.
„To bardzo powszechne zjawisko” — mówił Cullen Buie, opisując uwalnianie aerozoli podczas uderzeń deszczu o porowate powierzchnie.
Zapach po burzy nie ma zatem jednego źródła. Ziemia dostarcza geosminy, rośliny pozostawiają na podłożu lotne olejki, krople deszczu tworzą aerozole, a wyładowania atmosferyczne wpływają na skład chemiczny powietrza. To połączenie sprawia, że pierwsze minuty po letniej ulewie pachną inaczej niż okres przed opadem — nawet gdy sam deszcz składa się niemal wyłącznie z bezwonnej wody.
Warto przeczytać także nasz kolejny materiał, w którym szerzej wyjaśniamy podobny temat: Skąd wzięły się ogródki działkowe w Polsce? Historia od kolonii robotniczych do ROD
