Sporing af den største solstorm i moderne tid fra træringe i Lapland

En forskergruppe koordineret af Helsinki Universitet var i stand til at måle en stigning i radiocarbonkoncentrationen af ​​træer i Lapland, der opstod efter Carrington-bluset. Denne opdagelse hjælper med at forberede sig på farlige solstorme. Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Geophysical Research Letters .

Carrington-begivenheden i 1859 er en af ​​de største registrerede solstorme i de sidste to århundreder. Det blev set som hvide lysudbrud på en kæmpe solpletgruppe, brande på telegrafstationer og forstyrrelser i geomagnetiske målinger, såvel som nordlys selv i tropiske områder.

I en fælles undersøgelse udført af University of Helsinki, Natural Resources Institute Finland og University of Oulu, blev et tegn på en stigning i radiocarbonkoncentrationer efter Carrington-stormen opdaget for første gang i træringe. Tidligere er radiocarbonspor kun blevet påvist fra langt mere intense solstorme.

Opdagelse gennem en kosmisk markør

Møder mellem stærke magnetiserede skyer af ladede partikler frigivet fra solen, kendt som solplasmastrømme, og Jordens geomagnetiske felt resulterer i geomagnetiske storme. Det geomagnetiske felt leder solstormpartiklerne ind i atmosfæren primært gennem polarområderne. Den mest synlige konsekvens af fænomenet er nordlys.

I den øvre atmosfære kan tilstrækkeligt højenergipartikler gennem kernereaktioner også producere radiocarbon ( ¹⁴ C), en radioaktiv isotop af kulstof. I løbet af måneder og år ender radiocarbon i den lavere atmosfære som en del af atmosfærisk kuldioxid og til sidst i planter gennem fotosyntese. Fotosynteseprocessen bevarer informationen indeholdt i kuldioxid i træernes årringe.

For at få den information, der ligger i radiocarbon, udtages prøver ved udskæring fra træmaterialet dyrket over individuelle år. Prøverne forarbejdes til cellulose og cellulosen til rent kulstof ved afbrænding og kemisk reduktion. Fraktionen af ​​radiocarbon i rent kulstof måles ved hjælp af en partikelaccelerator.

"Radiocarbon er som en kosmisk markør, der beskriver fænomener forbundet med Jorden, solsystemet og det ydre rum," siger Markku Oinonen, direktør for Helsinki Universitets Laboratory of Chronology, som stod i spidsen for undersøgelsen.

Kortlægning af solstorme

En solstorm svarende til Carrington-begivenheden i moderne tid ville forstyrre elektriske og mobile netværk og forårsage store problemer for satellit- og navigationssystemer, hvilket fører til problemer i for eksempel flytrafikken. Det er derfor, nøjagtig viden om soladfærd gavner samfundet.

Solstorme, der er mindre og mere almindelige end Carrington-stormene, kan studeres med måleapparater og satellitter i dag, mens større kan undersøges, for eksempel ved at måle radiokulstofkoncentration i træringe.

Hidtil har det ikke været muligt at studere specifikt mellemstore storme som Carrington-begivenheden, som ikke har fundet sted i moderne tid, ved hjælp af konventionelle radiocarbon-teknikker. Denne nylige undersøgelse åbner op for en potentiel ny måde at undersøge hyppigheden af ​​storme på størrelse med Carrington, hvilket kan hjælpe med at forberede sig bedre på fremtidige trusler.

Stadig mere nøjagtig information om kulstofkredsløbet

Resultaterne blev fortolket ved hjælp af en numerisk model for radiocarbonproduktion og -transport udviklet af forskere ved Uleåborg Universitet.

"Den dynamiske atmosfæriske kulstoftransportmodel blev specielt udviklet til at beskrive geografiske forskelle i fordelingen af ​​radiocarbon i atmosfæren," siger postdoktor Kseniia Golubenko fra Uleåborgs Universitet.

Det, der var væsentligt i den nyligt offentliggjorte undersøgelse, var, hvordan indholdet af radioaktivt kulstof i træer i Lapland adskilte sig fra det i træer på lavere breddegrader. De første målinger blev udført på Accelerator Laboratory ved Helsinki Universitet, mens gentagne målinger udført i to andre laboratorier reducerede de tidligere usikkerheder betydeligt.

Opdagelsen kan hjælpe til bedre at forstå atmosfærisk dynamik og kulstofkredsløbet fra tiden før menneskeskabte fossile brændstoffer, hvilket muliggør udviklingen af ​​stadig mere detaljerede kulstofkredsløbsmodeller.

"Det er muligt, at overskuddet af radiocarbon forårsaget af soludbruddet primært blev transporteret til den lavere atmosfære gennem nordlige områder, i modsætning til den generelle forståelse af dens bevægelse," siger doktorgradsforsker Joonas Uusitalo fra Laboratory of Chronology.

Andre kilder til radiocarbon

"Det er også muligt, at den cykliske ændring i produktionen af ​​radiocarbon i den øvre atmosfære forårsaget af variationen i solaktiviteten har resulteret i de lokale forskelle på jordniveauet, der ses i vores fund," tilføjer Uusitalo.

Ifølge Uusitalo produceres den dominerende fraktion af radiocarbon af galaktiske kosmiske stråler, der kommer uden for solsystemet, selvom usædvanligt stærke solstorme genererer individuelle udbrud af isotopen i atmosfæren. Kosmiske stråler bliver til gengæld svækket af solvinden, en kontinuerlig strøm af partikler med oprindelse i solen, der svinger mellem stærkere og svagere i 11-årige cyklusser.

Emnet kræver yderligere forskning. Historiske optegnelser viser, at betydelige geomagnetiske storme også fandt sted i 1730 og 1770, hvorfor deres sporing sandsynligvis vil være i fokus næste gang.

Undersøgelsen blev udført som et samarbejdsprojekt mellem Helsinki Universitets Laboratorium for Kronologi og Institut for Fysik og Naturressourceinstituttet i Finland. Forskere fra University of Oulu, Nagoya University, Yamagata University og ETH Zürich bidrog også til undersøgelsen.

Flere oplysninger: Joonas Uusitalo et al., Transient Offset in 14C After the Carrington Event Recorded by Polar Tree Rings, Geophysical Research Letters (2024). DOI:10.1029/2023GL106632

Journaloplysninger: Geofysiske forskningsbreve

Leveret af University of Helsinki