Na maioria das vezes, o Sol é bastante educado, mas ocasionalmente é totalmente indisciplinado. Às vezes, provoca acessos de raiva extremamente energéticos. Durante esses eventos, uma explosão solar ou uma onda de choque de uma ejeção de massa coronal (CME) acelera os prótons a velocidades extremamente altas. Estes são chamados Eventos de Partículas Solares ou Eventos de Prótons Solares (SPEs).
No entanto, o momento exato destes eventos pode ser difícil de determinar. Uma nova pesquisa determinou a data de um dos SPEs mais poderosos que atingiu a Terra durante o Holoceno.
Ninguém vivo hoje testemunhou o poder extremo do Sol. Mas os povos antigos sim. Nos últimos 14.500 anos, ocorreram várias tempestades solares e SPEs suficientemente poderosas para danificar seres vivos e criar auroras em latitudes médias, mesmo no equador. Compreender o momento destes eventos antigos é uma parte fundamental da compreensão do Sol.
Explosões poderosas do Sol estão a tornar-se uma ameaça mais significativa à medida que expandimos a nossa presença no espaço. Eles podem danificar satélites e representar uma ameaça de radiação para os astronautas. Mesmo a superfície da Terra não está a salvo das SPE mais poderosas, que podem destruir infra-estruturas tecnológicas como redes eléctricas e redes de comunicações.
“Se acontecessem hoje, teriam efeitos cataclísmicos na tecnologia de comunicação.”
Irina Panyushkina, Universidade do Arizona
As explosões mais poderosas do Sol parecem ocorrer durante o máximo solar, o período de maior atividade durante o ciclo de 11 anos do Sol. Mas há alguma incerteza e, uma vez que as SPE podem ser tão prejudiciais, é necessário compreendê-las melhor, começando pelo seu momento.
Apenas seis SPEs deixaram a sua marca na Terra nos últimos 14.500 anos. Os relatos históricos podem abrir uma janela para o tempo dos antigos SPEs, mas são atormentados por imprecisões e inconsistências. Felizmente, esses eventos naturais deixam rastros no mundo natural.
Essas explosões solares criam o que chamamos Eventos Miyaki em homenagem ao físico japonês Fusa Miyake. Miyake descobriu que eles criam um aumento acentuado nos isótopos cosmogênicos devido ao aumento dos raios cósmicos que atingem a atmosfera superior da Terra. Os eventos criam carbono-14 (14C), um isótopo radioativo presente nos anéis das árvores. Os eventos também criam outros isótopos como o Berílio-10 (10Ser)e Cloro-36 (36Cl) que estão presentes em núcleos de gelo.
Em uma nova pesquisa publicada na Nature Communications Earth and Environment, os pesquisadores identificaram o momento em que o último SPE atingiu a Terra. É intitulado “O momento do evento de próton solar Miyake ca-660 aC foi restrito entre 664 e 663 aC.” A autora principal é Irina Panyushkina, do Laboratório de Pesquisa de Anéis de Árvores da Universidade do Arizona.
Houve vários eventos Miyake dependendo de como foram definidos.
“Graças ao radiocarbono nos anéis das árvores, sabemos agora que seis eventos Miyake aconteceram nos últimos 14.500 anos”, disse Panyushkina. “Se acontecessem hoje, teriam efeitos cataclísmicos na tecnologia de comunicação.”
O carbono-14 se forma continuamente na atmosfera da Terra por causa da radiação cósmica. Na atmosfera, combina-se com o oxigênio para formar CO2. “Depois de alguns meses, o carbono-14 terá viajado da estratosfera para a baixa atmosfera, onde será absorvido pelas árvores e se tornará parte da madeira à medida que crescem”, disse o principal autor do estudo, Panyushkina.
Durante um evento Miyake, a quantidade de picos de carbono-14, e esse pico é refletido nos anéis das árvores. Houve vários desses eventos, dependendo de como foram definidos, e vários outros aguardando confirmação mais rigorosa. Sua taxa de ocorrência é mal compreendida, mas os dados que temos mostram que ocorrem a cada 400 a 2.400 anos. Um deles ocorreu por volta de 660 aC, e esse evento é objeto de muita pesquisa.
“O posicionamento preciso de um SPE em tempo real é extremamente importante para a parametrização da atividade solar e das previsões”, escrevem os autores em sua pesquisa. “Notavelmente, um dos eventos SPE confirmados recentemente não tem uma data exata no calendário. Evidência múltipla de radionuclídeos de um evento extremo de SPE (ou ME) ca. 2.610 AP (antes de 1950) mais comumente referido como ca. 660 AC, foi confirmado com alta resolução 10Registros BE de três núcleos de gelo da Groenlândia em 2019.”
O evento de cerca de 660 Miyake é diferente dos outros. “No entanto, ca. 660 AC ME tem uma estrutura incomum que é diferente dos rápidos aumentos de curto prazo na produção de radionuclídeos observados em 774-775 DC e 993-994 DC. Uma explicação proposta é a possível ocorrência de PES consecutivos ao longo de até três anos”, explicam os autores em sua pesquisa. Se os eventos de Miyake podem ocorrer em uma sucessão tão rápida, precisamos saber disso, por razões óbvias.
Nesta nova pesquisa, a equipe analisou anéis de árvores em busca de 14Conteúdo C para gerar uma data precisa para o evento Miyake ca-660 aC. Eles se concentraram em lariços em biomas ártico-alpinos, um no Montanhas Altai e o outro no Península de Yamal. Nessas regiões, os lariços são mais sensíveis às mudanças atmosféricas e apresentam pontas de 14C mais nítidas.
Panyushkina e seus colegas pesquisadores examinaram anéis de árvores de amostras antigas, incluindo árvores enterradas em lama e sedimentos e madeiras escavadas durante escavações arqueológicas e mediram o conteúdo de Carbono-14. Em seguida, correlacionaram as suas descobertas com outras pesquisas sobre o berílio-10 encontrado em mantos de gelo e geleiras. O Berílio-10 também é criado durante os eventos de Miyake. Não é absorvido pelas árvores, mas é depositado no gelo.
“Se os núcleos de gelo do Pólo Norte e do Pólo Sul mostrarem um aumento no isótopo berílio-10 durante um determinado ano, correspondendo ao aumento do radiocarbono nos anéis das árvores, sabemos que houve uma tempestade solar”, disse Panyushkina.
Parece uma boa maneira de determinar as datas dos eventos de Miyake, mas não é tão fácil. Os pesquisadores têm lutado para encontrar um padrão. Os anéis das árvores são claramente marcados pelas estações de crescimento, mas os núcleos de gelo não. Há também um lapso de tempo entre a criação do Carbono-14 na atmosfera e a sua presença nas árvores e no gelo. Diferentes árvores também absorvem o carbono em momentos e taxas diferentes, e também armazenam e reciclam o carbono, o que pode influenciar a forma como funcionam como registadores do CO2 atmosférico. Estes e outros desafios significam que as conclusões não saltam dos dados.
Mas esta investigação ainda tem valor, mesmo que não seja a solução mágica quando se trata de prever estes poderosos eventos solares. O problema com o evento de 660 AEC é a sua complexidade. Parece ter vários picos e declínios num curto período, sugerindo um comportamento solar mais complexo do que uma simples tempestade de pico único.
“Nossos novos dados de 14C definiram a duração dos dois pulsos, a magnitude considerável e a data precisa do que foi anteriormente descrito como o evento ‘por volta de 660 aC’”, escrevem os autores. “Mostramos que o pulso duplo de radiação cósmica durante 664-663 aC produziu um padrão atípico de produção de isótopos cosmogênicos ME registrado em vários locais no norte da Eurásia.”
“O impacto aparece como um aumento de 2 a 3 anos nas concentrações de carbono-14, seguido por um pico (ou platô) de 2 a 3 anos antes do sinal decair”, escrevem os autores. A produção de Carbono-14 em 664 aC foi 3,5 e 4,8 vezes maior do que a média de 11 anos.
O que tudo isso significa?
Há muita complexidade. Árvores diferentes absorvem carbono de maneira diferente, a estratosfera e a troposfera se misturam de maneira diferente em épocas diferentes e as estações de crescimento podem variar significativamente. “Finalmente, o pulso duplo do início do ME em 664-663 aC e o declínio prolongado do 14O sinal de pico C implica possíveis incertezas que complicam o uso deste sinal de pico para datação de um único ano de madeiras e ocorrências arqueológicas”, explicam os pesquisadores em sua conclusão.
No entanto, uma coisa fica clara em todos os dados. O Sol atingiu a Terra com SPEs extremos no passado que são muito mais poderosos do que qualquer coisa nos tempos modernos. “Eventos extremos de prótons que são centenas ou milhares de vezes mais fortes do que os das observações instrumentais modernas podem ocorrer na escala de tempo de centenas de anos”, escrevem os autores em sua conclusão.
Em última análise, os anéis das árvores podem esclarecer o quão poderosas são essas tempestades solares, mas não são exatos quando se trata de datá-las.
“Os anéis das árvores nos dão uma ideia da magnitude dessas tempestades massivas, mas não conseguimos detectar nenhum tipo de padrão, por isso é improvável que algum dia seremos capazes de prever quando tal evento irá acontecer”, Panyushkina disse. “Ainda assim, acreditamos que o nosso artigo irá transformar a forma como pesquisamos e compreendemos o sinal de pico de carbono-14 de eventos extremos de protões solares em anéis de árvores.”
