Ученые давно используют годичные кольца деревьев как уникальный архив данных о солнечных бурях древности — редких выбросах частиц высокой энергии, способных в наше время вывести из строя спутники и энергосистемы. Когда эти частицы проникают в земную атмосферу, они создают радиоактивную форму углерода, которая поглощается растениями и сохраняется в древесине.
Годичные кольца деревьев помогают ученым понять разрушительные солнечные бури
Ученые из Университета Северной Аризоны совместно с коллегами провели масштабный анализ того, как биологические циклы деревьев фиксируют данные о мощных солнечных вспышках. Исследователи изучили механизмы поглощения и хранения радиоактивного углерода, чтобы повысить точность датировки глобальных катаклизмов прошлого и лучше подготовиться к угрозам для современной техносферы.
Годичные кольца дерева. Getty Images
Сложность датирования колоссальных солнечных штормов так называемых «событий Миякэ» заключается в использовании деревьями старых запасов сахаров. Если мощная солнечная вспышка произошла осенью, когда дерево уже прекратило рост, радиоуглеродный след может проявиться только в кольце следующего года или распределиться по нескольким кольцам сразу. Это происходит из-за того, что дерево «смешивает» свежий углерод из атмосферы с накопленными ранее резервами. Именно этот биологический фильтр долгое время создавал иллюзию того, что вспышки длились дольше, чем на самом деле, или были менее интенсивными. Исследование помогает «отфильтровать» биологический шум и увидеть чистый сигнал из космоса.
Но новое исследование, опубликованное в журнале New Phytologist, показывает, что деревья не являются мгновенными и независимыми регистраторами солнечных бурь. Биологические особенности разных видов определяют то, как именно фиксируется сигнал о космическом событии.
Солнечный шторм.
Это открытие важно для интерпретации так называемых «событий Миякэ» — колоссальных всплесков радиации, зафиксированных в историческом прошлом. Различия в скорости роста и метаболизме создают погрешности, которые ранее мешали ученым точно определить интенсивность и время конкретных солнечных штормов.
Тайны углеродного депо
Главная проблема заключается в том, что деревья не превращают атмосферный углерод в древесину мгновенно. Вместо этого они могут хранить запасы углеводов в течение месяцев или даже лет, прежде чем использовать их для строительства новых тканей.
Путь изотопа 14C от космических лучей до целлюлозы. Зеленые стрелки обозначают более новые резервуары 14C, а коричневые стрелки — более старые резервуары. Размер стрелки отражает наилучшие оценки размера углеродного резервуара.
Разные виды деревьев растут в разное время года и в различных климатических условиях, что напрямую влияет на распределение изотопов. Как отмечает соавтор работы Мэрайя Карбон: «Понимание того, как деревья получают углерод из атмосферы, сохраняют его для будущего использования и затем применяют для роста, имеет решающее значение. Биология определяет, насколько верно сохраняется атмосферный сигнал».
Эти нюансы позволяют ученым более точно реконструировать прошлые события и уточнять прогнозы силы будущих солнечных штормов. Кроме того, результаты работы имеют важное значение для археологии, позволяя довести точность радиоуглеродного датирования до совершенства. В мире, зависимом от электроники, понимание этих природных механизмов становится залогом безопасности глобальной инфраструктуры.