Un gruppo di ricerca coordinato dall'Università di Helsinki è stato in grado di misurare un picco nella concentrazione di radiocarbonio negli alberi in Lapponia verificatosi dopo l'incendio di Carrington. Questa scoperta aiuta a prepararsi a pericolose tempeste solari. Lo studio è pubblicato sulla rivista Geophysical Research Letters .
L'evento Carrington del 1859 è una delle più grandi tempeste solari registrate negli ultimi due secoli. È stato visto come bagliori di luce bianca su un gigantesco gruppo di macchie solari, incendi nelle stazioni telegrafiche e disturbi nelle misurazioni geomagnetiche, così come aurore anche nelle regioni tropicali.
In uno studio congiunto condotto dall'Università di Helsinki, dal Natural Resources Institute Finland e dall'Università di Oulu, è stato rilevato per la prima volta negli anelli degli alberi un segno di un aumento delle concentrazioni di radiocarbonio in seguito alla tempesta Carrington. In precedenza, tracce di radiocarbonio erano state rilevate solo da tempeste solari molto più intense.
Gli incontri tra forti nubi magnetizzate di particelle cariche rilasciate dal sole, note come flussi di plasma solare, e il campo geomagnetico della Terra provocano tempeste geomagnetiche. Il campo geomagnetico dirige le particelle della tempesta solare nell’atmosfera principalmente attraverso le regioni polari. La conseguenza più visibile del fenomeno sono le aurore.
Nell'atmosfera superiore, particelle ad energia sufficientemente elevata possono, attraverso reazioni nucleari, produrre anche radiocarbonio ( 14 C), un isotopo radioattivo del carbonio. Nel corso di mesi e anni, il radiocarbonio finisce nella bassa atmosfera come parte dell’anidride carbonica atmosferica e, infine, nelle piante attraverso la fotosintesi. Il processo di fotosintesi preserva l'informazione contenuta nell'anidride carbonica negli anelli annuali degli alberi.
Per ottenere le informazioni contenute nel radiocarbonio, i campioni vengono estratti intagliando il materiale legnoso cresciuto nel corso dei singoli anni. I campioni vengono trasformati in cellulosa e la cellulosa in carbonio puro mediante combustione e riduzione chimica. La frazione di radiocarbonio nel carbonio puro viene misurata utilizzando un acceleratore di particelle.
"Il radiocarbonio è come un indicatore cosmico che descrive fenomeni associati alla Terra, al sistema solare e allo spazio esterno", afferma Markku Oinonen, direttore del Laboratorio di cronologia dell'Università di Helsinki, che ha diretto lo studio.
Una tempesta solare corrispondente all'evento Carrington nei tempi moderni distruggerebbe le reti elettriche e mobili e causerebbe gravi problemi ai sistemi satellitari e di navigazione, causando problemi, ad esempio, nel traffico aereo. Ecco perché una conoscenza accurata del comportamento solare avvantaggia la società.
Oggigiorno le tempeste solari più piccole e più comuni delle tempeste di Carrington possono essere studiate con dispositivi di misurazione e satelliti, mentre quelle più grandi possono essere studiate, ad esempio, misurando la concentrazione di radiocarbonio negli anelli degli alberi.
Finora non è stato possibile studiare specificamente tempeste di medie dimensioni come l’evento Carrington, che non si sono verificate in tempi moderni, utilizzando le tecniche convenzionali del radiocarbonio. Questo recente studio apre un potenziale nuovo modo di indagare sulla frequenza delle tempeste delle dimensioni di Carrington, che potrebbe aiutare a prepararsi meglio alle minacce future.
I risultati sono stati interpretati utilizzando un modello numerico di produzione e trasporto del radiocarbonio sviluppato da ricercatori dell'Università di Oulu.
"Il modello dinamico del trasporto atmosferico del carbonio è stato sviluppato appositamente per descrivere le differenze geografiche nella distribuzione del radiocarbonio nell'atmosfera", afferma la ricercatrice post-dottorato Kseniia Golubenko dell'Università di Oulu.
Ciò che è significativo nello studio recentemente pubblicato è il modo in cui il contenuto di radiocarbonio degli alberi in Lapponia differisce da quello degli alberi a latitudini più basse. Le prime misurazioni sono state effettuate presso il Laboratorio dell'Acceleratore dell'Università di Helsinki, mentre misurazioni ripetute condotte in altri due laboratori hanno ridotto significativamente le incertezze precedenti.
La scoperta può aiutare a comprendere meglio le dinamiche atmosferiche e il ciclo del carbonio antecedenti alle emissioni di combustibili fossili generate dall'uomo, consentendo lo sviluppo di modelli del ciclo del carbonio sempre più dettagliati.
"È possibile che l'eccesso di radiocarbonio causato dal brillamento solare sia stato trasportato principalmente nella bassa atmosfera attraverso le regioni settentrionali, contrariamente alla comprensione generale del suo movimento", afferma il ricercatore dottorale Joonas Uusitalo del Laboratorio di Cronologia.
"È anche possibile che il cambiamento ciclico nella produzione di radiocarbonio nell'alta atmosfera causato dalla variazione dell'attività solare abbia provocato le differenze locali al livello del suolo osservate nei nostri risultati", aggiunge Uusitalo.
Secondo Uusitalo, la frazione dominante del radiocarbonio è prodotta dai raggi cosmici galattici provenienti dall’esterno del sistema solare, anche se tempeste solari eccezionalmente forti generano singole esplosioni dell’isotopo nell’atmosfera. I raggi cosmici, a loro volta, sono indeboliti dal vento solare, un flusso continuo di particelle originate dal sole che oscilla tra più forte e più debole in cicli di 11 anni.
L’argomento richiede ulteriori ricerche. I documenti storici mostrano che significative tempeste geomagnetiche si sono verificate anche nel 1730 e nel 1770, motivo per cui è probabile che il loro monitoraggio sarà al centro dell'attenzione in seguito.
Lo studio è stato condotto come progetto di collaborazione tra il Laboratorio di Cronologia e il Dipartimento di Fisica dell'Università di Helsinki e l'Istituto finlandese per le risorse naturali. Allo studio hanno contribuito anche ricercatori dell'Università di Oulu, dell'Università di Nagoya, dell'Università di Yamagata e dell'ETH di Zurigo.
Ulteriori informazioni: Joonas Uusitalo et al, Compensazione transitoria nel 14C dopo l'evento Carrington registrato dagli anelli degli alberi polari, Lettere di ricerca geofisica (2024). DOI:10.1029/2023GL106632
Informazioni sul giornale: Lettere di ricerca geofisica
Fornito dall'Università di Helsinki
