Rastreando a maior tempestade solar dos tempos modernos a partir de anéis de árvores na Lapônia

As árvores da Lapônia são um arquivo natural único para investigar o comportamento passado do Sol. Markku Oinonen está perfurando uma amostra contendo informações interessantes sobre acontecimentos do século XIX. Crédito:Joonas Uusitalo

Um grupo de investigação coordenado pela Universidade de Helsínquia conseguiu medir um aumento na concentração de radiocarbono nas árvores da Lapónia que ocorreu após a explosão de Carrington. Esta descoberta ajuda a preparar-se para tempestades solares perigosas. O estudo foi publicado na revista Geophysical Research Letters .

O Evento Carrington de 1859 é uma das maiores tempestades solares registradas nos últimos dois séculos. Foi visto como explosões de luz branca em um grupo gigante de manchas solares, incêndios em estações telegráficas e perturbações nas medições geomagnéticas, bem como auroras mesmo em regiões tropicais.

Num estudo conjunto realizado pela Universidade de Helsínquia, pelo Instituto de Recursos Naturais da Finlândia e pela Universidade de Oulu, foi detectado pela primeira vez em anéis de árvores um sinal de aumento nas concentrações de radiocarbono após a tempestade Carrington. Anteriormente, vestígios de radiocarbono só foram detectados em tempestades solares muito mais intensas.

Descoberta através de um marcador cósmico

Encontros entre fortes nuvens magnetizadas de partículas carregadas liberadas do Sol, conhecidas como fluxos de plasma solar, e o campo geomagnético da Terra resultam em tempestades geomagnéticas. O campo geomagnético direciona as partículas da tempestade solar para a atmosfera principalmente através das regiões polares. A consequência mais visível do fenômeno são as auroras.

Na alta atmosfera, partículas com energia suficientemente alta podem, através de reações nucleares, também produzir radiocarbono (¹⁴ C), um isótopo radioativo de carbono. Ao longo de meses e anos, o radiocarbono acaba na baixa atmosfera como parte do dióxido de carbono atmosférico e, eventualmente, nas plantas através da fotossíntese. O processo de fotossíntese preserva as informações contidas no dióxido de carbono nos anéis anuais das árvores.

Para obter as informações contidas no radiocarbono, amostras são extraídas por entalhe do material de madeira cultivado ao longo de anos individuais. As amostras são processadas em celulose e a celulose em carbono puro por queima e redução química. A fração de radiocarbono no carbono puro é medida usando um acelerador de partículas.

“O radiocarbono é como um marcador cósmico que descreve fenómenos associados à Terra, ao sistema solar e ao espaço exterior”, diz Markku Oinonen, Diretor do Laboratório de Cronologia da Universidade de Helsínquia, que liderou o estudo.

Mapeando tempestades solares

Uma tempestade solar correspondente ao evento Carrington nos tempos modernos perturbaria as redes eléctricas e móveis e causaria grandes problemas aos sistemas de satélite e de navegação, provocando problemas, por exemplo, no tráfego aéreo. É por isso que o conhecimento preciso do comportamento solar beneficia a sociedade.

Tempestades solares menores e mais comuns que as tempestades de Carrington podem ser estudadas com dispositivos de medição e satélites hoje em dia, enquanto as maiores podem ser investigadas, por exemplo, medindo a concentração de radiocarbono em anéis de árvores.

Até agora, não foi possível estudar especificamente tempestades de médio porte como o evento Carrington, que não ocorreram nos tempos modernos, utilizando técnicas convencionais de radiocarbono. Este estudo recente abre uma nova forma potencial de investigar a frequência de tempestades do tamanho de Carrington, o que pode ajudar a preparar melhor para ameaças futuras.

Informações cada vez mais precisas sobre o ciclo do carbono

Os resultados foram interpretados usando um modelo numérico de produção e transporte de radiocarbono desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Oulu.

“O modelo dinâmico de transporte atmosférico de carbono foi desenvolvido especificamente para descrever diferenças geográficas na distribuição de radiocarbono na atmosfera”, diz a pesquisadora de pós-doutorado Kseniia Golubenko, da Universidade de Oulu.

O que foi significativo no estudo recentemente publicado foi como o conteúdo de radiocarbono das árvores na Lapónia diferia daquele das árvores em latitudes mais baixas. As primeiras medições foram realizadas no Laboratório de Aceleradores da Universidade de Helsinque, enquanto medições repetidas realizadas em dois outros laboratórios reduziram significativamente as incertezas anteriores.

A descoberta pode ajudar a compreender melhor a dinâmica atmosférica e o ciclo do carbono desde antes das emissões de combustíveis fósseis geradas pelo homem, permitindo o desenvolvimento de modelos cada vez mais detalhados do ciclo do carbono.

“É possível que o excesso de radiocarbono causado pela explosão solar tenha sido transportado principalmente para a baixa atmosfera através das regiões norte, contrariando a compreensão geral do seu movimento”, diz o investigador doutoral Joonas Uusitalo do Laboratório de Cronologia.

Outras fontes de radiocarbono

“Também é possível que a mudança cíclica na produção de radiocarbono na alta atmosfera causada pela variação na atividade solar tenha resultado nas diferenças locais ao nível do solo observadas nas nossas descobertas”, acrescenta Uusitalo.

De acordo com Uusitalo, a fração dominante do radiocarbono é produzida por raios cósmicos galácticos vindos de fora do sistema solar, embora tempestades solares excepcionalmente fortes gerem explosões individuais do isótopo na atmosfera. Os raios cósmicos, por sua vez, são enfraquecidos pelo vento solar, um fluxo contínuo de partículas originadas no Sol que oscila entre mais fortes e mais fracos em ciclos de 11 anos.

O tema requer mais pesquisas. Os registros históricos mostram que tempestades geomagnéticas significativas também ocorreram em 1730 e 1770, razão pela qual seu rastreamento provavelmente estará em foco a seguir.

O estudo foi realizado como um projeto colaborativo do Laboratório de Cronologia e Departamento de Física da Universidade de Helsinque e do Instituto de Recursos Naturais da Finlândia. Pesquisadores da Universidade de Oulu, da Universidade de Nagoya, da Universidade de Yamagata e da ETH Zurich também contribuíram para o estudo.

Mais informações: 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
Informações do diário: Cartas de pesquisa geofísica

Fornecido pela Universidade de Helsinque

Três empresas concorrem ao próximo rover lunar da NASA

NASA lançará três foguetes de sondagem durante eclipse solar

Astronomia

Nova ferramenta ajuda os cientistas a direcionar melhor a busca por vida alienígena

O pesquisador calcula a temperatura dentro da lua para ajudar a revelar sua estrutura interna

Os cientistas revelam uma nova classe potencial de pesquisa do sistema estelar de raios-X

Ciência

As mulheres são mais afetadas pelas mudanças climáticas - e estão começando a lutar

Estudo:Antigos construtores de montes cronometraram cuidadosamente a ocupação do local costeiro da Louisiana

FedEx corta relações com Amazon em sinal de nova rivalidade