Vědci pátrali po radioaktivních důkazech slunečních erupcí v letokruzích stromů

Foto: ValeriaLu/Pixabay

Skupina vědců dokázala změřit nárůst koncentrace radiokarbonu u stromů v Laponsku, ke kterému došlo právě po erupci známé jako událost Carrington. Vědci doufají, že jim tento objev pomůže v přípravě na další možné nebezpečí při vzniku nových slunečních bouří.

Ve společné studii prováděné Helsinskou univerzitou, finským institutem přírodních zdrojů a univerzity v Oulu, byla vůbec poprvé v letokruzích zjišťovány známky zvýšení koncentrace radioaktivního uhlíku, které způsobila bouře Carrington. Dříve byly radiouhlíkové stopy detekovány pouze z mnohem intenzivnějších slunečních bouří.

Podle recenzované studie publikované v Eureka Alert Science News, Carringtonská událost byla jednou z největších zaznamenaných slunečních bouří za poslední dvě století. Bylo možné ji pozorovat jako záblesky bílého světla na obří skupině slunečních skvrn. Způsobila požáry na telegrafních stanicích a poruchy v geomagnetických měřeních. A také ji bylo možné pozorovat i v tropických oblastech ve formě polární záře.

Když geomagnetické pole směruje částice sluneční bouře do atmosféry, děje se tak především přes polární oblasti. Nejviditelnějším důkazem jevu jsou polární záře. Setkání mezi silnými zmagnetizovanými mraky nabitých částic uvolňovaných ze Slunce, známými jako toky sluneční plazmy a geomagnetickým polem Země, mají za následek geomagnetické bouře.

V horních vrstvách atmosféry mohou dostatečně vysokoenergetické částice prostřednictvím jaderných reakcí produkovat také radioaktivní uhlík (14C), radioaktivní izotop uhlíku. V průběhu měsíců a let končí radiokarbon v nižších vrstvách atmosféry jako součást atmosférického oxidu uhličitého a nakonec v rostlinách prostřednictvím fotosyntézy. Proces fotosyntézy uchovává informace obsažené v oxidu uhličitém v letokruzích stromů.

Pro získání informací obsažených v radiokarbonu jsou vzorky extrahovány vyřezáváním z dřevěného materiálu vypěstovaného v jednotlivých letech. Vzorky jsou zpracovány na celulózu a celulóza na čistý uhlík spalováním a chemickou redukcí. Frakce radioaktivního uhlíku v čistém uhlíku se měří pomocí urychlovače částic.

„Radiokarbon je jako kosmická značka popisující jevy spojené se Zemí, sluneční soustavou a vesmírem,“ říká Markku Oinonen, ředitel Laboratoře chronologie Helsinské univerzity, který vedl studii.

Foto: Joonas Uusitalo/Omezené použití s touto tiskovou zprávou.

Stromy v Laponsku jsou jedinečným přírodním archivem pro zkoumání chování Slunce. Markku Oinonen vrtá vzorek obsahující zajímavé informace o událostech v 19. století.

Sluneční bouře odpovídající události Carrington v moderní době by narušily elektrické a mobilní sítě a způsobily by velké problémy pro satelitní a navigační systémy, což by vedlo k problémům například v letecké dopravě. To je důvod, proč přesné znalosti o slunečním chování prospívají společnosti. Menší a častější sluneční bouře lze dnes studovat pomocí měřicích přístrojů a satelitů, zatímco větší lze zkoumat například měřením koncentrace radiokarbonu v letokruzích.

Stále přesnější informace o uhlíkovém cyklu

Výsledky byly interpretovány pomocí numerického modelu produkce a transportu radiokarbonu vyvinutého výzkumníky z Ouluské univerzity „Dynamický atmosférický model transportu uhlíku byl speciálně vyvinut pro popis geografických rozdílů v distribuci radiokarbonu v atmosféře,“ říká postdoktorantka Přírodovědecké fakulty kosmické fyziky a astronomie, Kseniia Golubenko.

V publikované studii bylo důležité pozorování, jak se obsah radiokarbonu, obsažený ve stromech v Laponsku, lišil od stromů v nižších zeměpisných šířkách. První měření byla provedena v laboratoři Helsinské univerzity, Accelerator, zatímco opakovaná měření provedená ve dvou dalších laboratořích významně zvýšila jistoty předchozích měření.

Tento objev může pomoci lépe porozumět atmosférické dynamice a uhlíkovému cyklu z doby před emisemi fosilních paliv vytvořenými lidmi, což umožňuje vývoj stále podrobnějších modelů uhlíkového cyklu.

„Je možné, že přebytek radioaktivního uhlíku způsobený sluneční erupcí byl primárně transportován do nižší atmosféry přes severní oblasti, což je v rozporu s obecným chápáním jeho pohybu,“ přemítá doktorand Joonas Uusitalo z Laboratoře časové posloupnosti.

Jiné zdroje radiokarbonu

„Je také možné, že cyklická změna v produkci radiokarbonu v horních vrstvách atmosféry způsobená změnami sluneční aktivity vedla k místním rozdílům na úrovni země, které vidíme v našich nálezech,“ dodává Uusitalo.

Podle Uusitala je dominantní frakce radiokarbonu produkována galaktickým kosmickým zářením přicházejícím z oblastí mimo sluneční soustavu, i když výjimečně silné sluneční bouře generují jednotlivé výbuchy izotopu v atmosféře. Kosmické záření je zase oslabováno slunečním větrem, kontinuálním tokem částic pocházejících ze Slunce, které v 11letých cyklech kolísá mezi silnějšími a slabšími.

Téma vyžaduje další výzkum. Historické záznamy ukazují, že v letech 1730 a 1770 se také odehrály významné geomagnetické bouře, a proto bude pravděpodobně příště v centru pozornosti jejich sledování.

Nedávno publikovaná studie byla provedena jako společný projekt Laboratoře chronologie a katedry fyziky Helsinské univerzity a Finského institutu přírodních zdrojů. Do studie přispěli také vědci z University of Oulu, Nagoya University, Yamagata University a ETH Zurich. Studie získala finanční prostředky od Finské výzkumné rady, Finské kulturní nadace a Nadace Emila Aaltonena.

Původní článek: Joonas Uusitalo, Kseniia Golubenko, Laura Arppe, Nicolas Brehm, Thomas Hackman, Hisashi Hayakawa, Samuli Helama, Kenichiro Mizohata, Fusa Miyake, Harri Mäkinen, Pekka Nöjd, Eija Tanskanen, Fuyuki Tokanai, Luka I. Tokanai, Luka I. , Markku Oinonen. Přechodný posun ve ¹⁴ C po Carringtonově události zaznamenané prstenci polárních stromů. AGUpubs, 2024. DOI: 10.1029/2023GL106632