Ученые исследуют древнюю древесину в поисках информации о мощных солнечных бурях

На этом снимке, сделанном обсерваторией солнечной динамики НАСА в 2012 году, на поверхности Солнца видна солнечная вспышка. В редких случаях гораздо более сильные солнечные бури воздействуют на Землю таким образом, что, случись они сегодня, они, вероятно, разрушили бы современную инфраструктуру связи в больших масштабах. Автор: НАСА/SDO и научные группы AIA, EVE и HMI.

В этом году Северное сияние было видно гораздо южнее, чем обычно, и фотографии красочных оттенков заполонили социальные сети. А теперь представьте себе полярное сияние в сотни раз ярче — за исключением того, что никто не сможет его сфотографировать, поскольку поток частиц, летящих от солнца, мгновенно превратит смартфоны в кирпичи.

Такие экстремальные солнечные бури редки — известно, что только шесть из них оставили свои следы на Земле за последние 14 500 лет, и ни одна из них не наблюдалась со времен расцвета Ассирийской империи почти 2700 лет назад.

Исследовательская группа, возглавляемая Ириной Панюшкиной из Лаборатории изучения древесных колец Университета Аризоны и Тимоти Джуллом из Калифорнийского университета, работающим на кафедре наук о земле, установила, когда в последний раз наблюдался такой мощный выброс космического излучения, что, если бы это произошло сегодня, это привело бы к разрушению электросетей, спутников и средств связи сети по всему миру.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Communications Earth & Environment.

Анализируя годичные кольца деревьев на содержание углерода-14, встречающегося в природе радиоактивного варианта углерода, команда обнаружила всплеск, относящийся к 664 году до нашей эры, что указывает на единственную экстремальную солнечную бурю, время которой долгое время ускользало от исследователей.

Панюшкина, ведущий автор исследования и доцент кафедры дендрохронологии Лаборатории изучения древесных колец, сказала, что определение точного времени массивного солнечного извержения предоставляет важные данные для ученых, которые изучают и разрабатывают модели солнечной активности с течением времени.

По словам Панюшкиной, углерод-14 постоянно образуется в атмосфере в результате космического излучения. В конечном итоге углерод-14 вступает в реакцию с кислородом, образуя углекислый газ.

"Через несколько месяцев углерод-14 переместится из стратосферы в нижние слои атмосферы, где он поглощается деревьями и становится частью древесины по мере их роста", - сказала Панюшкина.

События Мияке происходят, когда электромагнитное поле Солнца ослабевает, что позволяет плазме с поверхности Солнца улетучиваться в космос. При повышенной солнечной активности протоны бомбардируют атмосферу Земли и запускают химические реакции, приводящие к выбросу радиоактивных изотопов.

"Благодаря радиоуглеродному анализу древесных колец мы теперь знаем, что за последние 14 500 лет произошло шесть событий в Мияке", - сказала Панюшкина. "Если бы они произошли сегодня, они имели бы катастрофические последствия для коммуникационных технологий".

Ствол древней лиственницы лежит на илистых берегах реки Обь в Сибири. Образцы, взятые с таких деревьев, которые жили очень давно, позволили исследователям найти радиоуглеродные данные, свидетельствующие об экстремальных солнечных бурях в далеком прошлом. Автор: Ирина Панюшкина, Университет Аризоны

Панюшкина и ее команда использовали хирургические ножи для срезания отдельных древесных колец с образцов древней древесины, включая образцы мертвых деревьев, захороненных на берегах рек, и бревен, извлеченных во время археологических раскопок. Затем исследователи сожгли целлюлозу — основной компонент древесины — чтобы определить содержание радиоуглерода.

Чтобы точно определить, вызвали ли солнечные бури всплески радиоуглеродного анализа, исследователи сравнили данные о кольцах деревьев с всплесками, обнаруженными другими исследователями в другом изотопе, бериллии-10, содержащемся в ледяных кернах, взятых из ледников и ледяных щитов. Подобно углероду-14, бериллий-10 образуется в атмосфере под воздействием солнечных лучей. Дождь и снег улавливают изотоп и удерживают его в ледяных покровах подобно тому, как деревья поглощают углерод-14.

"Если ледяные керны как с Северного, так и с Южного полюсов показывают всплеск содержания изотопа бериллия-10 в течение определенного года, что соответствует увеличению содержания радиоуглерода в кольцах деревьев, мы знаем, что была солнечная буря", - сказала Панюшкина.

По словам Панюшкиной, хотя древесные кольца могут выступать в роли «архивариусов», фиксирующих события в Мияке, исследователи до сих пор не смогли найти доказательств закономерности в этих событиях.

"Годичные кольца деревьев дают нам представление о масштабах этих мощных штормов, но мы не можем обнаружить какой-либо закономерности, поэтому маловероятно, что мы когда-либо сможем предсказать, когда произойдет такое событие", - сказала она. "Тем не менее, мы считаем, что наша статья изменит наш подход к поиску и пониманию сигналов о выбросах углерода-14, связанных с экстремальными солнечными протонными явлениями в кольцах деревьев".

"Энергия от такого рода событий изменяет не только содержание радиоуглерода в атмосфере, но и химический состав атмосферы", - добавила она. "Мы пытаемся выяснить, как эти кратковременные и мощные события влияют на земную систему в целом".

Подробнее: Ирина П. Панюшкина и др., время солнечно-протонного события Мияке около 660 г. до н. э. ограничено периодом между 664 и 663 годами до н. э., Communications Earth & Environment (2024). Идентификационный номер : 10.1038/s43247-024-01618-x

Источник: University of Arizona