由赫爾辛基大學(xué)協(xié)調(diào)的一個(gè)研究小組測(cè)量到卡林頓耀斑后拉普蘭樹木中放射性碳濃度的峰值，這一發(fā)現(xiàn)可能有助于為危險(xiǎn)的太陽(yáng)風(fēng)暴做好準(zhǔn)備。 1859 年的卡林頓事件是過去兩個(gè)世紀(jì)有記錄的最大太陽(yáng)風(fēng)暴之一。它表現(xiàn)為巨大太陽(yáng)黑子團(tuán)發(fā)出的白光耀斑、地面電報(bào)站的火災(zāi)、地磁測(cè)量的中斷，甚至熱帶地區(qū)的極光。

赫爾辛基大學(xué)、芬蘭自然資源研究所和奧盧大學(xué)的一項(xiàng)聯(lián)合研究中，首次在樹木年輪中發(fā)現(xiàn)了卡靈頓風(fēng)暴過后放射性碳濃度增加的跡象。到目前為止，只有在更強(qiáng)烈的太陽(yáng)風(fēng)暴中才能檢測(cè)到放射性碳的痕跡。

當(dāng)太陽(yáng)釋放的強(qiáng)磁化帶電粒子云（稱為太陽(yáng)等離子體流）與地球地磁場(chǎng)相遇時(shí)，就會(huì)發(fā)生地磁風(fēng)暴。地磁場(chǎng)主要通過兩極引導(dǎo)太陽(yáng)風(fēng)暴粒子進(jìn)入大氣層。這種現(xiàn)象最明顯的后果就是極光。

在高層大氣中，足夠高能的粒子通過核反應(yīng)也可以產(chǎn)生放射性碳（14C），一種碳的放射性同位素。經(jīng)過數(shù)月和數(shù)年，放射性碳最終到達(dá)低層大氣，成為大氣二氧化碳的一部分，并最終通過光合作用進(jìn)入植物。光合作用的過程將二氧化碳的信息保存在樹木的年輪中。

拉普蘭的樹木是研究太陽(yáng)過去行為的獨(dú)特自然檔案。 Markku Oinonen 正在鉆探一個(gè)樣本，其中包含有關(guān)19 世紀(jì)事件的有趣信息。照片來(lái)源：Joonas Uusitalo

為了獲得放射性碳保存的信息，需要用生長(zhǎng)了數(shù)年的木質(zhì)材料雕刻樣品。樣品通過燃燒和化學(xué)還原處理成纖維素，然后再加工成純碳。使用粒子加速器測(cè)量純碳中放射性碳的比例。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的赫爾辛基大學(xué)年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任馬庫(kù)·奧伊諾寧(Markku Oinonen) 表示：“放射性碳就像一個(gè)宇宙標(biāo)記，描述與地球、太陽(yáng)系和外太空有關(guān)的現(xiàn)象。 \'

在現(xiàn)代，如果發(fā)生與卡林頓事件相對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)風(fēng)暴，電力和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)中斷，衛(wèi)星和導(dǎo)航系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)重大問題，導(dǎo)致空中交通等問題。因此，準(zhǔn)確地了解太陽(yáng)活動(dòng)將對(duì)社會(huì)產(chǎn)生巨大的好處。

現(xiàn)在可以使用測(cè)量設(shè)備和衛(wèi)星來(lái)研究比卡林頓風(fēng)暴更小、更常見的太陽(yáng)風(fēng)暴，而更大的太陽(yáng)風(fēng)暴可以通過測(cè)量樹木年輪中放射性碳濃度等方法來(lái)研究。

到目前為止，還無(wú)法利用傳統(tǒng)的放射性碳技術(shù)來(lái)專門研究像卡靈頓事件這樣的中型太陽(yáng)風(fēng)暴，因?yàn)檫@樣的風(fēng)暴在現(xiàn)代還沒有發(fā)生過。最近的這項(xiàng)研究開辟了一種研究卡靈頓風(fēng)暴頻率的潛在新方法，這可能有助于更好地應(yīng)對(duì)未來(lái)的威脅。

使用奧盧大學(xué)研究人員開發(fā)的放射性碳生成和傳輸數(shù)值模型解釋了這些發(fā)現(xiàn)。

奧盧大學(xué)博士后研究員Kseniia Golubenko 表示：“動(dòng)態(tài)大氣碳傳輸模型是專門為描述大氣中放射性碳分布的地理差異而開發(fā)的?！?\'

在最近發(fā)表的一項(xiàng)研究中，了解拉普蘭樹木的放射性碳含量與低緯度地區(qū)樹木的放射性碳含量有何不同具有重要意義。第一次測(cè)量是在赫爾辛基大學(xué)加速器實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，而在另外兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的重復(fù)測(cè)量則顯著降低了之前的不確定性。

這一發(fā)現(xiàn)有助于更好地了解人類排放化石燃料之前的大氣動(dòng)力學(xué)和碳循環(huán)，從而可以開發(fā)越來(lái)越詳細(xì)的碳循環(huán)模型。

年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室的博士研究員喬納斯·烏西塔洛（Joonas Uusitalo）表示：“太陽(yáng)耀斑中多余的放射性碳有可能主要通過北部地區(qū)被輸送到低層大氣中，這與對(duì)其運(yùn)動(dòng)的普遍理解是一致的。”認(rèn)識(shí)到相反的情況。 \'

烏斯塔羅補(bǔ)充道：“太陽(yáng)活動(dòng)的變化導(dǎo)致高層大氣中放射性碳產(chǎn)生的周期性變化，這也可能導(dǎo)致我們的結(jié)果中看到的地面局部差異。 \'

放射性碳的主要部分是由來(lái)自太陽(yáng)系外部的銀河宇宙射線產(chǎn)生的，盡管異常強(qiáng)烈的太陽(yáng)風(fēng)暴可以在大氣中產(chǎn)生單獨(dú)的放射性碳同位素爆發(fā)。宇宙射線反過來(lái)又被太陽(yáng)風(fēng)減弱，太陽(yáng)風(fēng)是源自太陽(yáng)的連續(xù)粒子流，以11 年為一個(gè)周期在強(qiáng)弱之間波動(dòng)。

這個(gè)問題需要進(jìn)一步研究。歷史記錄顯示，1730年和1770年也發(fā)生過重大地磁風(fēng)暴，因此追蹤它們可能是下一個(gè)焦點(diǎn)。

編譯自/scitechdaily