Исследование: взрывы солнечных частиц разрушат озоновый слой

Автор: Harrison Haines from Pexels

Замечательное полярное сияние в начале мая этого года продемонстрировало силу, которую солнечные бури могут излучать в виде излучения, но иногда солнце совершает что-то гораздо более разрушительное. Известные как «события солнечных частиц», эти взрывы протонов прямо с поверхности Солнца могут устремляться в космос, как прожектор.

Записи показывают, что примерно каждую тысячу лет на Землю попадает экстремальное явление солнечных частиц, которое может нанести серьезный ущерб озоновому слою и повысить уровень ультрафиолетового (УФ) излучения на поверхности.

Критический магнитный щит Земли

Магнитное поле Земли обеспечивает важнейший защитный кокон для жизни, отражая электрически заряженное излучение Солнца. В нормальном состоянии он действует как гигантский стержневой магнит с линиями поля, поднимающимися от одного полюса, огибающими и опускающимися обратно на другой полюс, по образцу, который иногда называют «перевернутым грейпфрутом». Вертикальная ориентация полюсов позволяет некоторому количеству ионизирующего космического излучения проникать в верхние слои атмосферы, где оно взаимодействует с молекулами газа, создавая свечение, известное как полярное сияние.

Однако с течением времени поле сильно меняется. В прошлом веке северный магнитный полюс блуждал по северной Канаде со скоростью около 40 километров в год, и поле ослабло более чем на 6%. Геологические данные показывают, что были периоды столетий или тысячелетий, когда геомагнитное поле было очень слабым или даже полностью отсутствовало.

Мы можем увидеть, что произошло бы без магнитного поля Земли, взглянув на Марс, который потерял свое глобальное магнитное поле в древнем прошлом и, как следствие, большую часть своей атмосферы. В мае, вскоре после полярного сияния, на Марс обрушился мощный поток солнечных частиц. Это нарушило работу космического корабля Mars Odyssey и привело к тому, что уровень радиации на поверхности Марса примерно в 30 раз превысил тот, который можно было бы получить при рентгенографии грудной клетки.

Сила протонов

Внешняя атмосфера Солнца излучает постоянный колеблющийся поток электронов и протонов, известный как «солнечный ветер». Однако поверхность Солнца также время от времени испускает всплески энергии, в основном протоны, в виде солнечных частиц, которые часто связаны с солнечными вспышками.

Протоны намного тяжелее электронов и несут больше энергии, поэтому они достигают меньших высот в атмосфере Земли, возбуждая молекулы газа в воздухе. Однако эти возбужденные молекулы излучают только рентгеновские лучи, невидимые невооруженным глазом.

Сотни событий со слабыми солнечными частицами происходят каждый солнечный цикл (примерно 11 лет), но ученые находили следы гораздо более сильных событий на протяжении всей истории Земли. Некоторые из самых экстремальных звуков были в тысячи раз сильнее, чем все, что было записано с помощью современных инструментов.

Экстремальные события, связанные с солнечными частицами

Эти экстремальные явления, связанные с солнечными частицами, происходят примерно каждые несколько тысячелетий. Самый последний из них произошел около 993 года нашей эры и использовался для того, чтобы показать, что в постройках викингов в Канаде использовалась древесина, вырубленная в 1021 году нашей эры.

Меньше озона, больше радиации

Помимо своего непосредственного эффекта, события, связанные с солнечными частицами, могут также запустить цепочку химических реакций в верхних слоях атмосферы, которые могут истощить озон. Озон поглощает вредное солнечное ультрафиолетовое излучение, которое может повредить зрение, а также ДНК (повышая риск рака кожи), а также повлиять на климат.

В нашем новом исследовании мы использовали большие компьютерные модели глобальной химии атмосферы, чтобы изучить последствия экстремального явления солнечных частиц.

Мы обнаружили, что такое событие может привести к истощению уровня озона на год или около того, повышению уровня УФ-излучения на поверхности и увеличению повреждения ДНК. Но если событие солнечных протонов произойдет в период, когда магнитное поле Земли было очень слабым, тогда повреждение озона продлится шесть лет, увеличивая уровень УФ-излучения на 25% и увеличивая скорость вызванного солнцем повреждения ДНК до 50%.

Взрывы частиц из прошлого

Насколько вероятно это смертельное сочетание слабого магнитного поля и экстремальных солнечных протонных событий? Учитывая, как часто происходит каждое из них, вполне вероятно, что они относительно часто случаются вместе.

Фактически, эта комбинация событий может объяснить несколько загадочных событий в прошлом Земли.

Последний период слабого магнитного поля, включая временную смену северного и южного полюсов, начался 42 000 лет назад и длился около 1 000 лет. Примерно в это время произошло несколько крупных эволюционных событий, таких как исчезновение последних неандертальцев в Европе и вымирание сумчатой мегафауны, включая гигантских вомбатов и кенгуру в Австралии.

Еще более крупное эволюционное событие также было связано с геомагнитным полем Земли. Происхождение многоклеточных животных в конце эдиакарского периода (от 565 миллионов лет назад), зафиксированное в окаменелостях в хребтах Флиндерс в Южной Австралии, произошло после 26-миллионного периода слабого или отсутствующего магнитного поля.

Аналогичным образом, быстрая эволюция различных групп животных во время кембрийского взрыва (около 539 миллионов лет назад) также была связана с геомагнетизмом и высоким уровнем ультрафиолетового излучения. Одновременная эволюция глаз и твердых оболочек тела в нескольких несвязанных группах была описана как лучший способ как обнаружить, так и избежать вредных входящих ультрафиолетовых лучей в «бегстве от света».

Мы все еще только начинаем исследовать роль солнечной активности и магнитного поля Земли в истории жизни.

Больше информации: Pavle Arsenović et al, Global impacts of an extreme solar particle event under different geomagnetic field strengths, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2321770121

Источник: The Conversation

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.