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.

Некоторые явления природы выглядят так странно, что кажутся волшебством, даже если знаешь, как их объясняет наука. По арктическому небу колышутся зелёные занавесы света. На тёмном пляже волны светятся ярко-голубым. Над горой неподвижно висят гладкие облака, похожие на летающие тарелки. А в одной калифорнийской пустыне тяжёлые камни скользят по дну высохшего озера и оставляют за собой длинные следы.

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.

Ничего чудесного в этом нет. Каждое из этих явлений подчиняется тем же законам физики, химии и биологии, что и вся остальная природа. Но знание того, как они устроены, ничуть их не портит. Многим они от этого кажутся ещё более впечатляющими. Вот несколько самых зрелищных природных явлений на Земле и их причины.

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.

Самым знаменитым световым представлением в природе, пожалуй, можно назвать северное сияние, или aurora borealis. Волны зелёного, розового и фиолетового света бегут по ночному небу широким кольцом вокруг Северного полюса, над северной Норвегией, Исландией, Аляской и севером Канады. Веками эти огни рождали местные легенды, а сегодня тысячи туристов каждую зиму едут на север только ради того, чтобы их увидеть.

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.

Всё начинается с Солнца, которое постоянно испускает поток заряженных частиц, так называемый солнечный ветер. Магнитное поле Земли направляет часть этих частиц к полярным областям. Там они сталкиваются с газами высоко в атмосфере, в основном на высоте от 100 до 300 километров, и заставляют их светиться. Кислород светится зелёным или красным, а азот добавляет синие и фиолетовые оттенки. Когда Солнце очень активно, сияние уходит гораздо дальше от полюсов: в мае 2024 года его видели даже в Италии и Техасе. В Южном полушарии есть своё сияние, южное, или 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.

В иные ночи волны, набегающие на берег, светятся электрическим сине-зелёным светом. Проведёшь рукой по воде, и за ней тянется след холодного, призрачного света. Это биолюминесценция, свет, который производят живые организмы. Она встречается куда чаще, чем думает большинство людей, но в основном там, где её никто не видит: в темноте океанских глубин.

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.

Светящиеся волны обычно создают динофлагелляты, крошечные одноклеточные организмы планктона, которые вспыхивают синим, когда вода вокруг них приходит в движение. Свет возникает в ходе химической реакции: молекула под названием люциферин реагирует с кислородом при помощи фермента люциферазы. Медузы, кальмары и многие глубоководные рыбы тоже светятся, как и светлячки на суше. Исследование, проведённое в 2017 году у берегов Калифорнии, показало, что светиться умеют примерно три четверти животных, живущих в открытом океане. Свет помогает им находить пищу, привлекать партнёров и сбивать с толку хищников. Залив Москито в Пуэрто-Рико и остров Ваадху на Мальдивах знамениты своей светящейся водой.

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.

Шаровая молния считается самым странным и наименее изученным явлением погоды. Веками люди описывают светящиеся шары размером от мяча для гольфа до пляжного мяча, которые появляются во время гроз. Несколько секунд они плывут по воздуху, иногда залетают в комнаты и даже проходят сквозь оконное стекло, а потом либо тихо гаснут, либо исчезают с громким хлопком.

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.

Шаровая молния редка и длится всего несколько секунд, поэтому изучать её было очень трудно, и некоторые учёные даже сомневались, что она существует. Но в 2012 году китайские исследователи, изучавшие обычные молнии на Тибетском нагорье, случайно засняли светящийся шар своими камерами и приборами. Шар светился около полутора секунд, а в его свете обнаружились кремний, железо и кальций, то есть элементы, которые есть в почве. Это подтверждает популярную гипотезу: удар молнии превращает почву в горячий пар, и это облако светится, сгорая. Другие гипотезы связывают явление с плазмой или микроволнами, и единого мнения о его причине у учёных до сих пор нет.

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.

Во время некоторых извержений сквозь огромную тучу пепла, поднимающуюся над вулканом, бьют молнии. Учёные иногда называют это «грязной грозой». Это одно из самых пугающих зрелищ в природе и одно из самых давно описанных: римский писатель Плиний Младший рассказывал о вспышках, похожих на молнии, в тёмной туче над Везувием в 79 году н. э.

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.

Молнии возникают из-за электрического заряда. Внутри пепловой тучи обломки породы и частицы пепла трутся и сталкиваются друг с другом, а если туча поднимается достаточно высоко, в ней образуется ещё и лёд. При этих столкновениях в разных частях тучи накапливаются положительные и отрицательные заряды, почти как в обычной грозе, пока заряд не разрядится молнией. Вулканические молнии наблюдали над Эйяфьядлайёкюдлем в Исландии в 2010 году, над Этной на Сицилии и над Сакурадзимой в Японии. Извержение вулкана Хунга-Тонга в Тихом океане в 2022 году дало самую мощную грозовую активность из когда-либо зарегистрированных: сотни тысяч вспышек меньше чем за сутки.

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.

На Рейстрек-Плайя, высохшем дне озера в глухом уголке Долины Смерти в Калифорнии, камни лежат в конце длинных следов на потрескавшейся глине. Одни следы прямые, другие изгибаются или идут зигзагом, а некоторые камни весят больше 300 килограммов. Следы ясно показывали, что камни двигались, но десятилетиями никто ни разу не видел, как это происходит.

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.

Геологи ломали голову над этими камнями больше 60 лет. Ответ наконец нашёлся в декабре 2013 года, когда группа исследователей с GPS-датчиками и камерами для замедленной съёмки застала камни в движении. Зимой дожди и талый снег иногда образуют на дне озера мелкий пруд. Холодными ночами его поверхность замерзает, и получается корка льда толщиной всего несколько миллиметров. В солнечный день лёд раскалывается на большие плавучие пластины, и лёгкий ветер гонит их по воде. Пластины толкают камни перед собой со скоростью несколько метров в минуту, и камни оставляют следы в мягкой глине под водой. Так что камни не движутся сами по себе и не плавают: их толкает тонкий, почти невидимый лёд.

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.

Линзовидные облака, которые учёные называют altocumulus lenticularis, выглядят так, будто прилетели из другого мира. Это гладкие диски в форме линзы, висящие над горными вершинами или чуть позади них, иногда сложенные друг на друга, как стопка тарелок. Вокруг дует сильный ветер, а они подолгу остаются на одном месте. Неудивительно, что люди часто принимают их за НЛО.

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.

Они образуются, когда ровный влажный ветер переваливает через гору. Гора поднимает воздух вверх и порождает за собой цепочку волн в воздухе, примерно как рябь на ручье за камнем. Там, где воздух поднимается на гребень волны, он охлаждается, и влага в нём превращается в облако. Там, где он снова опускается, он нагревается, и облако исчезает. Воздух всё время течёт сквозь облако, но оно постоянно образуется с одной стороны и тает с другой, поэтому кажется неподвижным. Линзовидные облака часто видят над одиночными горами, например над Фудзи в Японии, горой Рейнир в США и Маттерхорном в Альпах.

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.

Каждую осень сотни миллионов бабочек-монархов летят на юг из Канады и с севера США. Некоторые преодолевают больше 4000 километров, чтобы добраться до пихтовых лесов в горах центральной Мексики. Там они зимуют, облепив деревья в таком огромном количестве, что под их тяжестью гнутся ветки.

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.

Самое удивительное в том, что ни одна бабочка не проделывает весь путь туда и обратно. Монархи, покидающие Мексику весной, откладывают яйца на юге США и умирают. Их потомство летит дальше на север, и только через три-четыре поколения новое поколение проделывает весь обратный путь. Значит, бабочки, которые каждую осень прилетают в Мексику, никогда там раньше не были: обычно это праправнуки тех, кто улетел. Учёные считают, что монархи находят дорогу по солнечному компасу, который подстраивают под время суток часы в их усиках, и что они, возможно, чувствуют и магнитное поле Земли. Как насекомое с таким крошечным мозгом находит небольшой участок леса, которого никогда не видело, до сих пор до конца не понятно.

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.

Задолго до того, как наука смогла объяснить природные явления, они вошли в сказания и верования. В финском фольклоре северное сияние было искрами, которые лиса бросала хвостом в небо, пробегая по снегу, и финское слово для сияния, revontulet, означает «лисьи огни». Саамы на севере Скандинавии относились к этим огням с почтением и запрещали детям махать им рукой или свистеть. В Мексике монархи прилетают к Дню мёртвых в начале ноября, и многие верят, что бабочки несут души умерших.

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.

Эти явления действуют на нас и сегодня. Психологи, изучающие благоговейный восторг, то чувство, которое охватывает нас перед чем-то настолько огромным, что его невозможно до конца осмыслить, связывают его с меньшим стрессом, более сильным чувством связи с другими людьми и большей щедростью. Многие, кто стоял под северным сиянием или на пляже среди светящихся волн, говорят, что чувствовали себя маленькими, но в хорошем смысле.

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.

У полярных сияний, светящегося моря, ползающих камней и перелётных бабочек есть научное объяснение или хотя бы убедительные рабочие гипотезы. Некоторые явления, например шаровая молния, всё ещё хранят часть своей тайны, а открытия продолжаются: движущиеся камни впервые засняли только в 2013 году.

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.

Наука не лишила эти явления их волшебства. Когда знаешь, что бабочка ориентируется по Солнцу с помощью часов в своих усиках или что волна светится благодаря миллиардам крошечных организмов планктона, они становятся только интереснее. К тому же многие из этих зрелищ вполне доступны. Зимней поездки на крайний север или тёмного пляжа тёплой ночью может хватить, чтобы увидеть одно из них своими глазами.