Natural Wonders and How They Work

Some things in nature look so strange that they feel like magic, even when you know the science behind them. Green curtains of light ripple across Arctic skies. Waves glow bright blue on a dark beach. Smooth, saucer-shaped clouds hang perfectly still above a mountain. In one California desert, heavy stones slide across a dry lakebed and leave long tracks behind them.

Niektóre zjawiska w przyrodzie wyglądają tak dziwnie, że wydają się magią, nawet gdy zna się ich naukowe wyjaśnienie. Zielone zasłony światła falują na arktycznym niebie. Fale świecą jaskrawym błękitem na ciemnej plaży. Gładkie chmury w kształcie spodka wiszą zupełnie nieruchomo nad górą. A na kalifornijskiej pustyni ciężkie kamienie suną po dnie wyschniętego jeziora i zostawiają za sobą długie ślady.

None of this is a miracle. Every one of these events follows the same laws of physics, chemistry and biology as the rest of nature. Knowing how they work doesn't spoil them, though. For many people it makes them even more impressive. Here are some of the most spectacular natural phenomena on Earth and what causes them.

Nic z tego nie jest cudem. Każde z tych zjawisk podlega tym samym prawom fizyki, chemii i biologii co reszta przyrody. Wiedza o tym, jak działają, wcale nie odbiera im uroku. Wielu ludziom wydają się dzięki niej jeszcze bardziej imponujące. Oto kilka najbardziej spektakularnych zjawisk przyrodniczych na Ziemi i ich przyczyny.

The aurora borealis, or northern lights, is probably the most famous light show in nature. Waves of green, pink and violet light ripple across the night sky in a wide ring around the North Pole, over places like northern Norway, Iceland, Alaska and northern Canada. For centuries the lights have shaped local legends, and today thousands of tourists travel north every winter just to see them.

Aurora borealis, czyli zorza polarna na półkuli północnej, to chyba najsłynniejszy pokaz świateł w przyrodzie. Fale zielonego, różowego i fioletowego światła przesuwają się po nocnym niebie w szerokim pierścieniu wokół bieguna północnego, nad takimi miejscami jak północna Norwegia, Islandia, Alaska i północna Kanada. Od wieków światła te inspirują miejscowe legendy, a dziś tysiące turystów co zimę jadą na północ tylko po to, by je zobaczyć.

The aurora begins with the Sun, which constantly sends out a stream of charged particles called the solar wind. Earth's magnetic field steers some of these particles toward the polar regions. There they crash into gases high in the atmosphere, mostly 100 to 300 kilometers up, and make them give off light. Oxygen glows green or red, while nitrogen adds blue and purple. When the Sun is very active, the aurora spreads much farther from the poles: in May 2024, people saw it as far south as Italy and Texas. The Southern Hemisphere has its own version, the aurora australis, or southern lights.

Zorza zaczyna się od Słońca, które bez przerwy wysyła strumień naładowanych cząstek, zwany wiatrem słonecznym. Pole magnetyczne Ziemi kieruje część tych cząstek w stronę obszarów polarnych. Tam zderzają się one z gazami wysoko w atmosferze, przeważnie na wysokości od 100 do 300 kilometrów, i sprawiają, że gazy zaczynają świecić. Tlen świeci na zielono lub czerwono, a azot dodaje odcieni niebieskich i fioletowych. Gdy Słońce jest bardzo aktywne, zorza sięga znacznie dalej od biegunów: w maju 2024 roku widziano ją nawet we Włoszech i w Teksasie. Półkula południowa ma własną wersję, zorzę południową, czyli aurora australis.

On some nights, the waves breaking on a beach glow an electric blue-green. Move your hand through the water and it leaves a trail of cold, ghostly light. This is bioluminescence, light made by living things. It is far more common than most people realize, but most of it happens where nobody sees it, in the darkness of the deep ocean.

W niektóre noce fale rozbijające się o plażę świecą elektryzującym niebieskozielonym blaskiem. Gdy przesunie się dłoń w wodzie, zostaje za nią smuga zimnego, upiornego światła. To bioluminescencja, czyli światło wytwarzane przez żywe organizmy. Jest dużo powszechniejsza, niż większość ludzi przypuszcza, ale przeważnie zachodzi tam, gdzie nikt jej nie widzi: w ciemnościach głębin oceanu.

The glowing waves are usually caused by dinoflagellates, tiny single-celled plankton that flash blue when the water around them moves. The light comes from a chemical reaction: a molecule called luciferin reacts with oxygen, helped by an enzyme called luciferase. Jellyfish, squid and many deep-sea fish make light too, and so do fireflies on land. A 2017 study off the coast of California found that about three quarters of the animals living in the open ocean can glow. They use light to find food, attract mates and confuse predators. Mosquito Bay in Puerto Rico and Vaadhoo Island in the Maldives are famous for their glowing water.

Świecące fale to zwykle sprawka bruzdnic, maleńkich jednokomórkowych organizmów planktonowych, które błyskają na niebiesko, gdy woda wokół nich się porusza. Światło powstaje w wyniku reakcji chemicznej: cząsteczka zwana lucyferyną reaguje z tlenem przy pomocy enzymu zwanego lucyferazą. Meduzy, kałamarnice i wiele ryb głębinowych także wytwarza światło, podobnie jak świetliki na lądzie. Badanie przeprowadzone w 2017 roku u wybrzeży Kalifornii wykazało, że mniej więcej trzy czwarte zwierząt żyjących na otwartym oceanie potrafi świecić. Używają światła, by znaleźć pożywienie, zwabić partnera i zmylić drapieżniki. Mosquito Bay w Portoryko i wyspa Vaadhoo na Malediwach słyną ze świecącej wody.

Ball lightning is the strangest and least understood event in our weather. For centuries, people have described glowing balls of light, anywhere from the size of a golf ball to the size of a beach ball, that appear during thunderstorms. They float through the air for a few seconds, sometimes drift into rooms or even pass through windows, and then either fade quietly or disappear with a loud bang.

Piorun kulisty to najdziwniejsze i najsłabiej poznane zjawisko pogodowe. Od stuleci ludzie opisują świecące kule, wielkości od piłeczki golfowej do piłki plażowej, które pojawiają się podczas burz. Unoszą się w powietrzu przez kilka sekund, czasem wpływają do pokoju, a nawet przenikają przez szybę, po czym gasną bezgłośnie albo znikają z głośnym hukiem.

Because it is rare and lasts only seconds, ball lightning was very hard to study, and some scientists doubted that it existed at all. Then, in 2012, Chinese researchers who were studying ordinary lightning on the Tibetan Plateau happened to record a glowing ball with their cameras and instruments. It shone for about a second and a half, and its light showed silicon, iron and calcium, elements found in soil. This supports a popular theory: a lightning strike turns soil into hot vapor, and that cloud glows as it burns. Other theories involve plasma or microwaves, and scientists still don't agree on the cause.

Ponieważ piorun kulisty występuje rzadko i trwa tylko kilka sekund, bardzo trudno było go badać, a niektórzy naukowcy wątpili, czy w ogóle istnieje. W 2012 roku chińscy badacze, którzy na Wyżynie Tybetańskiej badali zwykłe pioruny, przypadkiem zarejestrowali świecącą kulę swoimi kamerami i przyrządami. Kula świeciła około półtorej sekundy, a w jej świetle wykryto krzem, żelazo i wapń, czyli pierwiastki występujące w glebie. To przemawia za popularną teorią: uderzenie pioruna zamienia ziemię w gorącą parę, a ta chmura świeci, spalając się. Inne teorie odwołują się do plazmy lub mikrofal, a naukowcy wciąż nie są zgodni co do przyczyny.

During some volcanic eruptions, lightning flashes through the huge cloud of ash rising from the volcano. Scientists sometimes call this a “dirty thunderstorm.” It is one of the most frightening sights in nature, and one of the oldest on record: the Roman writer Pliny the Younger described flashes like lightning in the dark cloud over Mount Vesuvius in AD 79.

Podczas niektórych erupcji przez ogromną chmurę popiołu unoszącą się nad wulkanem przebiegają błyskawice. Naukowcy nazywają to czasem „brudną burzą”. To jeden z najbardziej przerażających widoków w przyrodzie i jeden z najdawniej opisanych: rzymski pisarz Pliniusz Młodszy opisał błyski podobne do piorunów w ciemnej chmurze nad Wezuwiuszem w 79 roku n.e.

The lightning comes from electric charge. Inside the ash cloud, bits of rock and ash rub and crash into each other, and if the cloud rises high enough, ice forms in it too. These collisions build up positive and negative charges in different parts of the cloud, much as in an ordinary thunderstorm, until the charge is released as lightning. Volcanic lightning has been seen over Eyjafjallajökull in Iceland in 2010, over Mount Etna in Sicily and over Sakurajima in Japan. The 2022 eruption of Hunga Tonga in the Pacific produced the most intense lightning ever recorded, with hundreds of thousands of flashes in less than a day.

Błyskawice biorą się z ładunku elektrycznego. W chmurze popiołu okruchy skał i popiołu ocierają się o siebie i zderzają, a jeśli chmura wzniesie się dostatecznie wysoko, tworzy się w niej także lód. Te zderzenia gromadzą ładunki dodatnie i ujemne w różnych częściach chmury, bardzo podobnie jak w zwykłej burzy, aż ładunek rozładuje się w postaci błyskawicy. Pioruny wulkaniczne widziano nad Eyjafjallajökull na Islandii w 2010 roku, nad Etną na Sycylii i nad Sakurajimą w Japonii. Erupcja wulkanu Hunga Tonga na Pacyfiku w 2022 roku wywołała najintensywniejsze wyładowania, jakie kiedykolwiek zarejestrowano: setki tysięcy błyskawic w niecałą dobę.

On Racetrack Playa, a dry lakebed in a remote corner of Death Valley in California, rocks sit at the ends of long tracks in the cracked mud. Some of the tracks are straight, others curve or zigzag, and some of the rocks weigh more than 300 kilograms. The tracks clearly showed that the stones moved, but for decades nobody had ever seen one move.

Na Racetrack Playa, wyschniętym dnie jeziora w odludnym zakątku Doliny Śmierci w Kalifornii, leżą głazy na końcach długich śladów w popękanym błocie. Niektóre ślady są proste, inne zakręcają albo biegną zygzakiem, a niektóre kamienie ważą ponad 300 kilogramów. Ślady jasno dowodziły, że kamienie się przesuwają, ale przez dziesięciolecia nikt nigdy nie widział, jak to robią.

Geologists puzzled over the stones for more than 60 years. The answer finally came in December 2013, when a team using GPS trackers and time-lapse cameras caught the rocks in motion. In winter, rain and melting snow sometimes form a shallow pond on the playa. On cold nights its surface freezes into a sheet of ice only a few millimeters thick. On a sunny day the ice breaks into large floating panels, and a light wind pushes them across the water. The panels push the rocks ahead of them, a few meters per minute, and the stones leave tracks in the soft mud underneath. So the stones don't move by themselves, and they don't float: thin, almost invisible ice pushes them.

Geolodzy głowili się nad tymi kamieniami przez ponad 60 lat. Odpowiedź przyszła wreszcie w grudniu 2013 roku, kiedy zespół z nadajnikami GPS i kamerami poklatkowymi uchwycił głazy w ruchu. Zimą deszcz i topniejący śnieg tworzą czasem na dnie jeziora płytki staw. W mroźne noce jego powierzchnia zamarza w warstwę lodu grubą tylko na kilka milimetrów. W słoneczny dzień lód pęka na duże pływające tafle, które lekki wiatr pcha po wodzie. Tafle pchają przed sobą kamienie, po kilka metrów na minutę, a kamienie zostawiają ślady w miękkim błocie pod spodem. Kamienie nie poruszają się więc same ani nie pływają: pcha je cienki, prawie niewidoczny lód.

Lenticular clouds, known to scientists as altocumulus lenticularis, look like something from another world. They are smooth, lens-shaped discs that hang over or just behind mountain peaks, sometimes stacked like a pile of plates. Strong winds blow all around them, yet they stay in the same place for a long time. Not surprisingly, people often report them as UFOs.

Chmury soczewkowate, które naukowcy nazywają altocumulus lenticularis, wyglądają jak z innego świata. To gładkie dyski w kształcie soczewki, wiszące nad szczytami gór albo tuż za nimi, czasem ułożone jedna na drugiej jak stos talerzy. Dookoła wieje silny wiatr, a mimo to długo pozostają w tym samym miejscu. Nic dziwnego, że ludzie często zgłaszają je jako UFO.

They form when a steady, moist wind blows over a mountain. The mountain pushes the air up and sets off a series of waves in the air behind it, a bit like the ripples in a stream behind a rock. Where the air rises to the top of a wave, it cools and its moisture turns into cloud. Where it sinks again, it warms up and the cloud disappears. Air keeps flowing through the cloud, but because the cloud keeps forming on one side and disappearing on the other, it seems to stand still. Lenticular clouds are often seen over lone mountains such as Mount Fuji in Japan, Mount Rainier in the United States and the Matterhorn in the Alps.

Powstają, gdy stały, wilgotny wiatr przepływa nad górą. Góra wypycha powietrze w górę i wzbudza za sobą szereg fal w powietrzu, trochę jak zmarszczki na strumieniu za kamieniem. Tam, gdzie powietrze wznosi się na grzbiet fali, ochładza się, a zawarta w nim wilgoć zamienia się w chmurę. Tam, gdzie znów opada, ogrzewa się i chmura znika. Powietrze cały czas przepływa przez chmurę, ale ponieważ ta stale tworzy się z jednej strony i rozpływa z drugiej, wydaje się stać w miejscu. Chmury soczewkowate często widać nad samotnymi górami, takimi jak Fudżi w Japonii, Mount Rainier w Stanach Zjednoczonych i Matterhorn w Alpach.

Every fall, hundreds of millions of monarch butterflies fly south from Canada and the northern United States. Some travel more than 4,000 kilometers to reach the fir forests in the mountains of central Mexico. There they spend the winter packed together on the trees in such huge numbers that their weight can bend the branches.

Każdej jesieni setki milionów motyli monarchów lecą na południe z Kanady i północnej części Stanów Zjednoczonych. Niektóre pokonują ponad 4000 kilometrów, by dotrzeć do lasów jodłowych w górach środkowego Meksyku. Tam spędzają zimę stłoczone na drzewach w tak ogromnej liczbie, że ich ciężar potrafi wygiąć gałęzie.

The strangest part is that no single butterfly makes the whole round trip. The monarchs that leave Mexico in spring lay eggs in the southern United States and die. Their young continue north, and only after three or four generations does a new generation fly all the way back. So the butterflies that arrive in Mexico each fall have never been there before: they are usually the great-great-grandchildren of the ones that left. Scientists believe they find their way with a sun compass, corrected for the time of day by a clock in their antennae, and they may also sense Earth's magnetic field. How an insect with such a tiny brain finds a small patch of forest it has never seen is still not fully understood.

Najdziwniejsze jest to, że żaden pojedynczy motyl nie odbywa całej podróży tam i z powrotem. Monarchy, które wiosną opuszczają Meksyk, składają jaja na południu Stanów Zjednoczonych i giną. Ich potomstwo leci dalej na północ i dopiero po trzech lub czterech pokoleniach nowe pokolenie przebywa całą drogę z powrotem. Motyle, które każdej jesieni przylatują do Meksyku, nigdy więc tam nie były: zwykle są praprawnukami tych, które odleciały. Naukowcy uważają, że orientują się za pomocą kompasu słonecznego, który zegar w czułkach dostosowuje do pory dnia, i że być może wyczuwają też pole magnetyczne Ziemi. Jak owad o tak maleńkim mózgu odnajduje niewielki skrawek lasu, którego nigdy nie widział, wciąż nie do końca wiadomo.

Long before science could explain them, natural phenomena found their way into stories and beliefs. In Finnish folklore, the northern lights were sparks thrown into the sky by the tail of a fox running across the snow, and the Finnish word for them, revontulet, means “fox fires.” The Sami people of northern Scandinavia treated the lights with respect and told children not to wave or whistle at them. In Mexico, the monarchs arrive around the Day of the Dead in early November, and many people believe they carry the souls of the dead.

Na długo przed tym, zanim nauka potrafiła je wyjaśnić, zjawiska przyrodnicze trafiły do opowieści i wierzeń. W fińskim folklorze zorza polarna to iskry, które lis wyrzucał ogonem w niebo, biegnąc po śniegu, a fińskie słowo na jej określenie, revontulet, znaczy „lisie ognie”. Lud Saamów z północy Skandynawii traktował te światła z szacunkiem i mówił dzieciom, by do nich nie machały ani nie gwizdały. W Meksyku monarchy przylatują około Dnia Zmarłych na początku listopada i wiele osób wierzy, że niosą dusze zmarłych.

These events still affect us today. Psychologists who study awe, the feeling we get in front of something so vast that we can't fully take it in, have linked it to lower stress, a stronger sense of connection to other people and more generous behavior. Standing under the aurora or on a beach full of glowing waves, many people say they feel small, but in a good way.

Te zjawiska wciąż na nas działają. Psychologowie badający zachwyt, czyli uczucie, które ogarnia nas wobec czegoś tak ogromnego, że nie potrafimy tego w pełni ogarnąć, wiążą go z mniejszym stresem, silniejszym poczuciem więzi z innymi ludźmi i większą hojnością. Wiele osób stojących pod zorzą albo na plaży pełnej świecących fal mówi, że czuje się mała, ale w dobrym sensie.

Auroras, glowing seas, sailing stones and migrating butterflies all have scientific explanations, or at least good working theories. Some, like ball lightning, still keep part of their secret, and discoveries keep coming: the sailing stones were caught moving for the first time only in 2013.

Zorze, świecące morza, wędrujące kamienie i wędrowne motyle mają naukowe wyjaśnienie albo przynajmniej dobre hipotezy robocze. Niektóre, jak piorun kulisty, wciąż skrywają część swojej tajemnicy, a odkrycia ciągle trwają: wędrujące kamienie po raz pierwszy uchwycono w ruchu dopiero w 2013 roku.

Science has not taken the wonder out of these events. Knowing that a butterfly steers by the Sun with the help of a clock in its antennae, or that a wave glows because of billions of tiny plankton, only makes them more interesting. Many of these sights are also easy to reach. A winter trip to the far north or a dark beach on a warm night may be enough to see one for yourself.

Nauka nie odebrała tym zjawiskom ich czaru. Wiedza, że motyl nawiguje według Słońca dzięki zegarowi w czułkach albo że fala świeci za sprawą miliardów maleńkich organizmów planktonu, czyni je tylko ciekawszymi. Wiele z tych widowisk jest przy tym łatwo dostępnych. Zimowa wyprawa na daleką północ albo ciemna plaża w ciepłą noc mogą wystarczyć, by zobaczyć jedno z nich na własne oczy.