En forskargrupp koordinerad av Helsingfors universitet kunde mäta en topp i radiokolhalten i träd i Lappland som inträffade efter Carrington-blossen. Denna upptäckt hjälper till att förbereda sig för farliga solstormar. Studien är publicerad i tidskriften Geophysical Research Letters .
Carrington Event 1859 är en av de största registrerade solstormarna under de senaste två århundradena. Det sågs som vita ljusblossar på en gigantisk solfläcksgrupp, bränder vid telegrafstationer och störningar i geomagnetiska mätningar, såväl som norrsken även i tropiska områden.
I en gemensam studie som genomförts av Helsingfors universitet, Naturresursinstitutet Finland och Uleåborgs universitet upptäcktes för första gången ett tecken på en ökning av radiokolhalterna efter stormen Carrington i trädringar. Tidigare har spår av radiokolväten bara upptäckts från mycket mer intensiva solstormar.
Möten mellan starka magnetiserade moln av laddade partiklar som frigörs från solen, så kallade solplasmaflöden, och jordens geomagnetiska fält resulterar i geomagnetiska stormar. Det geomagnetiska fältet leder solstormens partiklar in i atmosfären främst genom polarområdena. Den mest synliga konsekvensen av fenomenet är norrsken.
I den övre atmosfären kan tillräckligt högenergipartiklar, genom kärnreaktioner, även producera radiokol ( 14 C), en radioaktiv isotop av kol. Under loppet av månader och år hamnar radiokol i den lägre atmosfären som en del av atmosfärens koldioxid, och så småningom i växter genom fotosyntes. Fotosyntesprocessen bevarar informationen som finns i koldioxid i trädens årsringar.
För att få den information som finns i radiokol tas prover ut genom att skära från trämaterialet som odlats under enskilda år. Proverna bearbetas till cellulosa och cellulosan till rent kol genom förbränning och kemisk reduktion. Fraktionen radiokol i rent kol mäts med en partikelaccelerator.
"Radiokarbon är som en kosmisk markör som beskriver fenomen förknippade med jorden, solsystemet och yttre rymden", säger Markku Oinonen, chef för Helsingfors universitets kronologiska laboratorium, som ledde studien.
En solstorm motsvarande Carrington-händelsen i modern tid skulle störa el- och mobilnäten och orsaka stora problem för satellit- och navigationssystem, vilket leder till problem i till exempel flygtrafiken. Det är därför exakt kunskap om solbeteendet gynnar samhället.
Solstormar som är mindre och vanligare än Carrington-stormarna kan studeras med mätinstrument och satelliter nuförtiden, medan större kan undersökas till exempel genom att mäta radiokolhalten i trädringar.
Hittills har det inte varit möjligt att studera specifikt medelstora stormar som Carrington-händelsen, som inte har inträffat i modern tid, med hjälp av konventionella radiokoltekniker. Denna färska studie öppnar upp ett potentiellt nytt sätt att undersöka frekvensen av stormar i Carrington-storlek, vilket kan hjälpa till att bättre förbereda sig för framtida hot.
Resultaten tolkades med hjälp av en numerisk modell för produktion och transport av radiokolväten utvecklad av forskare vid Uleåborgs universitet.
"Den dynamiska atmosfäriska koltransportmodellen har utvecklats speciellt för att beskriva geografiska skillnader i fördelningen av radiokol i atmosfären", säger postdoktor Kseniia Golubenko från Uleåborgs universitet.
Det som var betydelsefullt i den nyligen publicerade studien var hur kolhalten i träd i Lappland skiljde sig från den i träd på lägre breddgrader. De första mätningarna utfördes vid Helsingfors universitets acceleratorlaboratorium, medan upprepade mätningar utförda i två andra laboratorier avsevärt minskade de tidigare osäkerheterna.
Upptäckten kan hjälpa till att bättre förstå atmosfärens dynamik och kolets kretslopp från tiden före mänskligt genererade utsläpp av fossila bränslen, vilket möjliggör utvecklingen av allt mer detaljerade kolcykelmodeller.
"Det är möjligt att överskottet av radiokol som orsakats av solskenet i första hand transporterades till den lägre atmosfären genom nordliga regioner, i motsats till den allmänna uppfattningen om dess rörelse", säger doktorandforskaren Joonas Uusitalo från Laboratory of Chronology.
"Det är också möjligt att den cykliska förändringen i produktionen av radiokol i den övre atmosfären orsakad av variationen i solaktiviteten har resulterat i de lokala skillnaderna på marknivån som vi ser i våra fynd," tillägger Uusitalo.
Enligt Uusitalo produceras den dominerande andelen radiokol av galaktiska kosmiska strålar som kommer från utanför solsystemet, även om exceptionellt starka solstormar genererar individuella utbrott av isotopen i atmosfären. Kosmiska strålar försvagas i sin tur av solvinden, ett kontinuerligt flöde av partiklar med ursprung i solen som varierar mellan starkare och svagare under 11-årscykler.
Ämnet kräver ytterligare forskning. Historiska uppgifter visar att betydande geomagnetiska stormar också ägde rum 1730 och 1770, varför deras spårning troligen kommer att vara i fokus härnäst.
Studien genomfördes som ett samarbetsprojekt mellan Helsingfors universitets laboratorium för kronologi och Fysiska institutionen och Naturresursinstitutet Finland. Forskare från Uleåborgs universitet, Nagoya University, Yamagata University och ETH Zürich bidrog också till studien.
Mer information: 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
Journalinformation: Geofysiska forskningsbrev
Tillhandahålls av Helsingfors universitet
