novembre 29, 2022

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Les tempêtes solaires les plus destructrices de l’histoire sont effacées dans les cernes des arbres

Les arbres sont comme des sentinelles qui gardent une trace des changements climatiques. Leurs anneaux de croissance portent cette histoire et étudient la dendrochronologie de ces anneaux. Les scientifiques peuvent déterminer l’âge exact des arbres et corréler leur croissance avec les changements climatiques et environnementaux.

Mais ils enregistrent également les effets de changements lointains, dont l’activité du Soleil.

Le carbone est le matériau de construction de base pour la vie. C’est l’épine dorsale de la vie sur Terre car il forme des liens avec lui-même et avec d’autres atomes dans une grande variété de composés. Le carbone se trouve dans près de 10 millions de composés différents. Les arbres sont composés principalement de cellulose, un composé organique riche en carbone de formule (C6hdixune5n.m.

Mais tous les carbones ne sont pas créés égaux. Il se produit naturellement dans trois isotopes différents : le carbone 12 (1 2c), carbone 13 (13c), carbone 14 (14c). Le carbone a toujours 6 protons, mais différents isotopes ont différents nombres de neutrons. 14C est différent des autres isotopes car il s’agit d’un radio-isotope. Cela signifie qu’il se décompose, et depuis 1949, les scientifiques l’utilisent 14C – Retrouver l’antiquité à travers elle radiocarbone.

Les trois isotopes du carbone que l'on trouve naturellement sur Terre.  Le carbone 14 est le carbone le plus rare et il est radioactif.  Il est utilisé dans la datation au radiocarbone.  Crédit image : NASA
Les trois isotopes naturels du carbone se trouvent sur Terre. Le carbone 14 est le carbone le plus rare et il est radioactif. Il est utilisé dans la datation au radiocarbone. Crédit image : NASA

Les arbres absorbent quotidiennement du carbone car ils absorbent du dioxyde de carbone et expulsent de l’oxygène. Les arbres ne font pas la distinction entre les différents isotopes du carbone. Ainsi, lorsque les scientifiques analysent le contenu chimique des cernes de croissance des arbres, ils trouvent les trois isotopes de carbone naturels.

Certains événements provoquent une augmentation de la quantité de 14C dans l’atmosphère terrestre. Les scientifiques peuvent dater avec précision les cernes des arbres, donc en trouvant des cernes d’arbres qui contiennent plus 14C, les scientifiques peuvent déterminer quand la Terre a été exposée aux émissions de carbone 14.

Tout cela va au cœur d’une nouvelle étude publiée dans Actes de la Royal Society A. Le document de recherche est « Modélisation des événements de rayonnement cosmique dans le registre radiocarbone des cernes. L’étude a été dirigée par le Dr Benjamin Pope de l’École de mathématiques et de physique de l’Université du Queensland.

Le carbone 14 a des origines non terrestres.

Lorsque les rayons cosmiques du Soleil et des objets stellaires lointains frappent la haute atmosphère terrestre, les rayons interagissent avec l’azote, qui est abondamment disponible dans l’atmosphère terrestre. l’interaction crée 14C, qui se mélange librement dans l’atmosphère, où les organismes y pénètrent. La quantité de carbone 14 est relativement constante tant que le soleil se comporte « normalement ».

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Mais lorsque le soleil est très actif, il libère plus d’énergie dans l’atmosphère terrestre, créant plus 14C – Les arbres qui survivent lorsque le soleil subit une explosion d’énergie gardent une trace de cette explosion en absorbant plus d’isotopes de carbone dans leurs tissus. Étant donné que les arbres poussent de façon saisonnière, un anneau à la fois, chaque anneau est un enregistrement de l’activité stellaire.

Certains comportements du Soleil restent un mystère. Événements Miyaké Ils se produisent sur le Soleil et provoquent des « pics » dans la quantité de carbone 14 dans l’environnement terrestre. Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé le lien entre le carbone 14 et les cernes des arbres pour comprendre les événements Miyake. L’effort comprenait des statistiques avancées et un logiciel spécial.

L’événement Miyake est aussi appelé Charlemagne C’est arrivé parce que Charlemagne dirigeait l’Europe occidentale à cette époque. On l’appelle aussi la hauteur de 774-775 carbone 14. Elle a produit l’augmentation la plus importante de 14C que nous connaissons.

Ce graphique montre l'élévation du carbone 14 autour de 774. Les points colorés sont des mesures sur des arbres japonais (M12) et allemands (chêne).  Les lignes noires sont le profil typique correspondant à la production instantanée de carbone 14. Crédit image : Par Isosik - Travail personnel, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?id=commons .wikimedia.org/w/index.php ?
Ce graphique montre l’élévation du carbone 14 autour de 774. Les points colorés sont des mesures sur des arbres japonais (M12) et allemands (chêne). Les lignes noires sont le profil typique correspondant à la production instantanée de carbone 14. Crédit image : Par Isosik – Travail personnel, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?id=commons .wikimedia.org/w/index.php ?

« Ces explosions massives de rayonnement cosmique, connues sous le nom d’événements de Miyake, se sont produites environ une fois tous les 1 000 ans, mais leur cause n’est pas claire », a déclaré le Dr Pope dans un communiqué de presse. « La théorie principale est qu’il s’agit d’éruptions solaires massives. »

Si l’éruption solaire a provoqué une élévation du carbone 14, c’était la plus forte éruption jamais connue, mais elle est toujours à la portée du Soleil. L’éruption n’a pas été désastreuse pour la vie et est probablement passée inaperçue à l’époque.

Mais ce serait moche si le même événement se produisait à notre ère technologique moderne. La technologie moderne, en particulier les satellites, subira le plus gros des impacts. Dans notre monde, nous dépendons des satellites pour les communications et la navigation. Ajoutez les risques de dommages aux infrastructures électriques, et ces événements ne peuvent être pris à la légère.

« Nous devons en savoir plus car si l’une de ces choses se produisait aujourd’hui, cela détruirait la technologie, y compris les satellites, les câbles Internet, les lignes électriques longue distance et les transformateurs », a déclaré le Dr Pope. « L’impact sur l’infrastructure mondiale ne serait pas concevable. »

C’est là que les cernes des arbres apparaissent dans l’image.

Qingyuan Zhang, le premier auteur de l’article, était un étudiant de premier cycle en mathématiques à l’Université de Keio. Il a développé un programme de recherche qui analyse les données sur les cernes des arbres.

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« Puisque vous pouvez calculer les cernes des arbres pour déterminer leur âge, vous pouvez également observer des événements cosmiques historiques qui remontent à des milliers d’années », a déclaré M. Zhang. « Lorsque le rayonnement frappe l’atmosphère, il produit du carbone 14 radioactif, qui filtre l’air, les océans, les plantes et les animaux, et produit un enregistrement annuel du rayonnement dans les cernes des arbres. »

« Nous avons conçu le cycle mondial du carbone pour reconstruire le processus sur 10 000 ans afin de mieux comprendre l’ampleur et la nature des événements de Miyake », a déclaré Zhang.

Ils sont appelés événements Miyake parce que le scientifique japonais Fusa Miyake en a été le premier auteur. papier les décrivant. Il y avait six événements Miyake. L’événement connu le plus ancien s’est produit en 7176 avant JC, et l’événement de Charlemagne est le plus récent.

Ce chiffre de l'étude montre les six événements Miyake et leur durée.  Crédit image : Zhang et al.  , 2022.
Ce chiffre de l’étude montre les six événements Miyake et leur durée. Crédit image : Zhang et al. , 2022.

La théorie la plus répandue est que les éruptions solaires très puissantes ont provoqué des pics de carbone 14. Mais dans son article de 2012, Miyake et ses co-auteurs ont soutenu que les éruptions solaires ne pouvaient pas être responsables. Cette étude remet également en question l’idée que les éruptions solaires en sont responsables.

« Mais nos résultats remettent cela en question », a déclaré M. Zhang. « Nous avons montré qu’ils ne sont pas liés à l’activité des taches solaires, et certains d’entre eux durent en fait un an ou deux. Au lieu d’une seule éruption ou éruption instantanée, ce que nous pourrions observer est une sorte de « tempête » ou d’éruption astrophysique. . »

Une tempête astrophysique n’a pas l’air très amusante. La terre est à la merci du soleil, et le comportement généralement calme du soleil permet à notre civilisation de prospérer. Il est donc troublant de trouver des preuves d’événements puissants que nous ne comprenons pas et que nous ne pouvons pas prédire.

Les gens de 774-775 ont observé des choses inhabituelles dans le ciel, même s’ils ne savaient rien des radiations, du carbone ou de l’astrophysique.

La première page (l) et l'entrée de AD 774 des Chroniques anglo-saxonnes.  Crédit d'image : (l) Par la photographie : Utilisateur : George, auteur original, Les moines scribes de Peterborough - Wikipédia anglais, domaine public, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=852691.  Crédit image : (r) Google Livres/Domaine public.
La première page (l) et l’entrée de AD 774 des Chroniques anglo-saxonnes. Crédit d’image : (l) Par la photographie : Utilisateur : George, auteur original, Les moines scribes de Peterborough – Wikipédia anglais, domaine public, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=852691. Crédit image : (r) Google Livres/Domaine public.

La Chronique anglo-saxonne Il a déclaré: « Cette année, une croix rouge est également apparue dans le ciel après le coucher du soleil. » Qu’est-ce que ça pouvait être ? (La même date dit aussi, « … des serpents fantastiques ont été vus dans le pays des Saxons du sud », il est donc sage de prendre un grain de sel.) parler des chinois Les aurores boréales en 776, les seules qu’ils mentionnent dans les années 770. Ils ont également enregistré un orage inhabituel en l’an 775. Ces observations étaient-elles liées à ce qui est arrivé au soleil ?

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Personne n’est sûr.

une papier 2015 Examinez la hauteur de 774-775 carbone-14. Il a conclu: « Ces événements n’avaient probablement pas d’équivalent optique, et il pourrait s’agir d’une courte rafale de rayons gamma, d’une éruption géante de répéteur de rayons gamma mous ou d’un flash de rayons terrestres, qui sont tous des candidats. » Si ce document est correct, personne sur terre ne remarquera quoi que ce soit.

L’équipe de recherche a découvert que, quelle que soit l’activité solaire, 14Les mutations C ne sont pas associées au cycle solaire. La largeur des pointes ne dépend pas non plus de la latitude. Les deux choses ont été supposées être causales. Dans leur conclusion, les auteurs écrivent : « … nous ne trouvons pas de relation claire dans le temps avec le cycle solaire, ou dans l’amplitude de la latitude comme cela a été dit précédemment. »

Lorsque les chercheurs ont réalisé que les événements étaient prolongés plutôt que graves, ils ont exploré l’idée que le mélange atmosphérique pourrait jouer un rôle dans leur extension en maintenant le carbone élevé dans la haute atmosphère après la fin de l’événement. Ils se sont également demandé si quelque chose à propos des arbres eux-mêmes pouvait expliquer la teneur élevée en carbone 14.

Mais ces explications n’étaient pas satisfaisantes. L’article déclare qu’ils « ne montrent pas de relation cohérente avec le cycle solaire, et beaucoup affichent des périodes prolongées qui défient les modèles astrophysiques ou géophysiques ».

Notre Soleil se comporte généralement bien, permettant à notre civilisation de prospérer.  Mais si cette étude est correcte, elle a un côté dangereux que nous ne comprenons pas entièrement.  Photo : NASA/Observatoire de la dynamique solaire.
Notre Soleil se comporte généralement bien, permettant à notre civilisation de prospérer. Mais si cette étude est correcte, elle a un côté dangereux que nous ne comprenons pas entièrement. Photo : NASA/Observatoire de la dynamique solaire.

La nature allongée des ongles est déconcertante. « En revanche, écrivent les auteurs dans leur conclusion, si la production prolongée de radionucléides avait une origine astrophysique, il serait difficile de concilier le modèle de production impulsionnelle d’un grand dégagement de particules énergétiques, qu’elles soient solaires ou stellaires. vestiges. »

Cela reste donc un mystère, pour l’instant du moins. et indésirable. Comment pouvons-nous en prédire un si nous ne savons pas ce que c’est ?

« Sur la base des données disponibles, il y a environ 1% de chances d’en voir un autre au cours de la prochaine décennie », a déclaré le Dr Pope. « Mais nous ne savons pas comment le prédire ni quels dommages cela pourrait causer. »

« Ces possibilités sont profondément troublantes et jettent les bases de recherches futures. »

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