С помощью годичных колец деревьев ученые обнаружили сильные солнечные вспышки

11:02, 20 декабря 2021

Мощные солнечные штормы произошли в 7176 и 5259 годах до н. э.

В мире сохранились остатки деревьев, которые росли много тысячелетий назад. Фото: Елизавета Веретенникова.

Международный коллектив ученых обнаружил следы чрезвычайно сильных солнечных вспышек в годичных кольцах деревьев, которые «отложились» в виде резкого подъема радиоуглерода в древесных кольцах. По подсчетам исследователей солнечные штормы произошли в 7176 и 5259 годах до н. э. Описание исследования и результаты опубликованы в журнале Nature Portfolio.

«Мощный солнечный шторм приводит к резкому усилению образования некоторых радиоактивных элементов в атмосфере Земли: бериллия-10, хлора-36, углерода-14. Радиоактивный углерод в составе углекислого газа поступает в деревья и откладывается в них. Анализируя содержание радиоуглерода в отдельных годичных кольцах деревьев, мы можем сказать, как менялось его содержание в атмосфере с точностью до одного года», — рассказывает Рашит Хантемиров, участник исследовательской группы от России, ведущий научный сотрудник лабораторий дендрохронологии ИЭРиЖ УрО РАН и естественнонаучных методов в гуманитарных исследованиях УрФУ.

Следы солнечных вспышек обнаружили в дубе из Ирландии и Германии, сосне из США, лиственниц из Альп и России (дендрохронологи ИЭРиЖ УрО РАН и УрФУ ежегодно во время экспедиций на Ямал собирают образцы древних деревьев). Точные годы удалось определить благодаря методу перекрестной датировки. Он основан на сравнении узора, который образуют последовательности древесных колец: у каждого отрезка времени свой неповторимый узор изменчивости древесных колец.

Радиоуглеродный анализ древесных колец провели в лаборатории физики ионных пучков Швейцарского федерального технологического университета в Цюрихе.

«В среднем за год в атмосфере Земли под влиянием космических лучей образуется около 7-8 кг радиоуглерода. В результате солнечной вспышки образуются дополнительные килограммы радиоактивного углерода. Самая мощная из известных до настоящего времени вспышка 774 года за несколько дней привела к образованию дополнительных 26 кг. А обнаруженные нами вспышки 7176 и 5259 годов до н. э. — по 29 кг, — поясняет Рашит Хантемиров. — Но вспышка одной и той же мощности может приводить к разному количеству радиоуглерода в зависимости от силы магнитного поля Земли в момент солнечного шторма. Так вот, защита Земли в 774 году была более сильной. Поэтому, если сделать поправку на силу магнитного поля Земли, то все-таки вспышка 774 года была как минимум не слабее, чем обнаруженные нами».

Результаты исследования помогут повысить точность датировок природных событий и процессов в эпоху голоцена, а главное — оценить вероятность экстремальных солнечных вспышек в наше время.

«Сегодня, в отличие от прошлых цивилизаций, где не было ни электричества, ни интернета, ни космических аппаратов, солнечные вспышки подобной силы будут иметь катастрофические последствия и для глобальной экономики, и для общественного устройства в целом, — говорит ученый. — Вероятность такого события не настолько мала, как считалось до сих пор. На основе наблюдения за звездами, идентичными Солнцу, предполагалось, что события такой силы могут происходить раз в 3-6 тыс. лет. Теперь мы можем оценить вероятность такого события по данным о самом Солнце. На сегодня с разрешением в один-два года исследовано 2030 лет. И за этот период надежно выявлено пять мощнейших солнечных вспышек. То есть примерно одно событие в 400 лет».

Ученые уверены, анализ изменений радиоуглерода в атмосфере в прошлом с разрешением в один год не просто дает более точную картину изменений этого изотопа в атмосфере, но может привести к открытию принципиально новых явлений. Поэтому следующий этап работы — последовательный анализ всей эпохи голоцена, то есть последних 10–12 тыс. лет для нескольких районов Земли.

«Уже сейчас 1,6 тыс. отсепарированных годичных колец лиственниц с Ямала находятся в Японии в лаборатории Фусы Мияке в Университете Нагойи. Они будут проанализированы в ближайшие месяцы. Частично анализ будет продублирован в Швейцарии. Так что, возможно, через несколько лет мы будет иметь несколько многотысячелетних рядов измерений радиоуглерода с разрешением в один год для нескольких регионов Земли, где имеются длительные древесно-кольцевые хронологии. Результаты таких исследований дадут возможность восстановить историю солнечной активности, и не только экстремальных событий в жизни Солнца», — добавляет Рашит Хантемиров.

Отметим, в исследовании приняли участие дендрохронологи из Швейцарии, Германии, Швеции, Великобритании, Австрии, США, России, Франции, Финляндии. В России исследование поддержал РНФ (проект № 21-14-00330 «Полярная граница леса на Ямале: голоценовая история и современность»).

Справка

С 1940-х годов (когда начались инструментальные наблюдения за солнечными вспышками) ученые зафиксировали самую сильную вспышку 23 февраля 1956 года. Тогда произошло примерно 50-кратное превышение нормального уровня космических лучей. Более мощный солнечный шторм произошел в сентябре 1859 года. Вызванная им геомагнитная буря привела к отказу в работе телеграфа.

В 2012 году японские исследователи опубликовали статью, в которой сообщили об обнаружении скачка содержания радиоуглерода в атмосфере Земли в 774 году нашей эры. Впоследствии это событие, определенное как солнечная супервспышка, было зафиксировано в годичных кольцах деревьев по всему миру. Чуть позже ученые выявили еще две вспышки — в 993 году н. э. и 660 году до н. э. Еще три события-кандидата — 1279, 1052 годах н. э. и 5410 году до н. э. — ждут подтверждения (они пока недостаточно надежно вычленяются из нормальной солнечной модуляции).