Starożytne drewno pomaga poznać burze słoneczne z przeszłości

Niezwykle silne burze słoneczne są rzadkością – w ciągu ostatnich 14 500 lat tylko sześć z nich pozostawiło trwałe ślady na Ziemi, a żadna nie była obserwowana od czasów Imperium Asyryjskiego prawie 2700 lat temu. Naukowcy zbadali starożytne drewno, w którym mogły zachować się ślady, ekstremalnej aktywności słonecznej, aby lepiej zrozumieć co może nas czekać.

.Badacze z University of Arizona i Department of Geosciences, pod kierownictwem Iriny Panyushkiny i Timothy’ego Julla, wskazali ostatni raz, kiedy doszło do wybuchu promieniowania kosmicznego tak potężnego, że gdyby zdarzyło się to dzisiaj, siałoby spustoszenie w sieciach energetycznych, satelitach i sieciach komunikacyjnych na całym świecie. Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Communications Earth & Environment.

Analizując słoje drzew pod kątem węgla-14, naturalnie występującego radioaktywnego wariantu tego pierwiastka, naukowcy odkryli, że skok datowany na rok 664 p.n.e., wskazuje na ostatnie ekstremalne wydarzenie burzy słonecznej, którego czas od dawna wymykał się badaczom. Określenie dokładnego czasu niezwykle silnej erupcji słonecznej dostarczyło ważnych danych naukowcom, którzy badają i opracowują modele aktywności Słońca.

Jak twierdzą badacze, węgiel-14 nieustannie tworzy się w atmosferze w wyniku promieniowania kosmicznego. Ostatecznie reaguje on z tlenem, tworząc dwutlenek węgla.

„Po kilku miesiącach węgiel-14 przemieści się ze stratosfery do dolnej atmosfery, gdzie zostanie pobrany przez drzewa i stanie się częścią drewna w miarę ich wzrostu” – tłumaczy Panyushkina.

O istnieniu ekstremalnych burz słonecznych, znanych jako zjawiska Miyake, dowiedziano się dopiero w 2012 roku. Japoński fizyk, Fusa Miyake, opisał charakterystyczną sygnaturę burz –wskazującą na skoki radioaktywnych izotopów węgla w słojach wzrostu drzew.

Zjawiska Miyake występują, gdy pole elektromagnetyczne Słońca słabnie, umożliwiając plazmie z jego powierzchni ucieczkę w przestrzeń kosmiczną. Przy zwiększonej aktywności słonecznej protony bombardują ziemską atmosferę i wywołują reakcje chemiczne prowadzące do gwałtownego wzrostu radioaktywnych izotopów. Naukowcy mogą wykryć takie przeszłe wydarzenia analizując starożytne drewno.

„Dzięki radiowęglowi w słojach drzew wiemy teraz, że sześć zdarzeń Miyake miało miejsce w ciągu ostatnich 14 500 lat. Gdyby wydarzyły się dzisiaj, miałyby katastroficzny wpływ na technologię komunikacji” – podkreśla Panyushkina.

Naukowcy użyli noży chirurgicznych do wycięcia pojedynczych słojów drzew z próbek starożytnego drewna, w tym z martwych drzew zakopanych w brzegach rzek i materiału wydobytego podczas wykopalisk archeologicznych. Następnie spalili celulozę – główny składnik drewna – w celu określenia zawartości radiowęglowej.

Aby ustalić, czy burze słoneczne spowodowały skoki radiowęglowe, badacze porównali dane dotyczące słojów drzew ze skokami znalezionymi przez innych badaczy w innym izotopie, berylu-10, zablokowanym w rdzeniach lodowych pobranych z lodowców i pokryw lodowych. Podobnie jak węgiel-14, beryl-10 tworzy się w atmosferze w wyniku napływu cząstek słonecznych. Deszcz i śnieg wychwytują izotop i utrzymują go w pokrywach lodowych, podobnie jak drzewa pochłaniają węgiel-14.

„Jeśli rdzenie lodowe zarówno z bieguna północnego, jak i południowego wykazują skok izotopu berylu-10 w danym roku, co odpowiada zwiększonemu radiowęglowi w słojach drzew, możemy potwierdzić, że wystąpiła wówczas burza słoneczna. Chociaż pierścienie drzew mogą działać jak archiwiści rejestrujący wydarzenia Miyake, nie byliśmy do tej pory w stanie znaleźć dowodów na wzorzec ich występowania” – tłumaczy Panyushkina.

„Starożytne drewno daje nam wyobrażenie o skali tych potężnych burz, ale nie możemy wykryć żadnego rodzaju wzorca, więc jest mało prawdopodobne, że kiedykolwiek będziemy w stanie przewidzieć, kiedy takie wydarzenie będzie miało miejsce. Mimo to wierzymy, że nasze badanie zmieni sposób, w jaki szukamy i rozumiemy sygnał skokowy węgla-14 ekstremalnych zdarzeń protonów słonecznych w słojach drzew” – mówi badacz.

.„Energia pochodząca z tego typu zdarzeń nie tylko zmienia zawartość radiowęgla w atmosferze, ale także chemię atmosfery. Próbujemy dowiedzieć się, w jaki sposób te krótkotrwałe i potężne zdarzenia wpływają na system ziemski jako całość” – podsumowuje.

Oprac. EG