Eine neue Studie zeigt, dass Explosionen mysteriöser Sonnenpartikel die Ozonschicht zerstören und die Erde jahrelang in Strahlung tauchen könnten

Das atemberaubende Polarlicht Anfang Mai dieses Jahres zeigte, wie stark Sonnenstürme Strahlung aussenden können, aber manchmal tut die Sonne auch etwas noch Zerstörerischeres. Diese direkt von der Sonnenoberfläche emittierten Protonenexplosionen werden als „Sonnenteilchenereignisse“ bezeichnet und können wie ein Suchscheinwerfer in den Weltraum schießen.

Aufzeichnungen zeigen, dass die Erde etwa alle tausend Jahre ein extremes Sonnenpartikelereignis erlebt, das schwere Schäden an der Ozonschicht verursachen und die ultraviolette Strahlung an der Oberfläche erhöhen kann.

Wir haben analysiert, was bei solch einem Extremereignis in… passiert. Papier Veröffentlicht am 1. Juli in Verfahren der Nationalen Akademie der WissenschaftenWir zeigen auch, dass diese Ereignisse in Zeiten, in denen das Erdmagnetfeld schwach ist, erhebliche Auswirkungen auf das Leben auf dem Planeten haben können.

Der entscheidende magnetische Schutzschild der Erde

Das Erdmagnetfeld stellt einen wichtigen Schutzkokon für Leben dar, da es die elektrisch geladene Strahlung der Sonne ablenkt. Normalerweise wirkt ein Magnetfeld wie ein riesiger Stabmagnet, dessen Feldlinien von einem Pol aufsteigen, ihn umwickeln und dann am anderen Pol wieder abfallen, in einem Muster, das manchmal als „umgedrehte Grapefruit“ beschrieben wird. Durch die vertikale Ausrichtung an den Polen kann ein Teil der ionisierenden kosmischen Strahlung in die obere Atmosphäre eindringen, wo sie mit Gasmolekülen interagiert und das Leuchten erzeugt, das wir als Aurora Borealis kennen.

Allerdings verändert sich das Magnetfeld im Laufe der Zeit dramatisch. Im vergangenen Jahrhundert bewegte sich der magnetische Nordpol mit einer Geschwindigkeit von etwa 40 Kilometern pro Jahr über den Norden Kanadas, und das Magnetfeld wurde aufgrund von Veränderungen in der Atmosphäre abgeschwächt. mehr als 6 %Geologische Aufzeichnungen weisen darauf hin, dass es Jahrhunderte oder Jahrtausende dauernde Zeiträume gab, in denen das Erdmagnetfeld sehr schwach war oder sogar ganz fehlte.

Wir können sehen, was ohne das Erdmagnetfeld passieren würde, wenn wir uns den Mars ansehen, der in der Antike sein globales Magnetfeld und infolgedessen den größten Teil seiner Atmosphäre verloren hat. Im Mai, kurz nach dem Polarlicht, Ein starkes Sonnenteilchen traf den Mars. Es ist eine Fehlfunktion aufgetreten Mars-Odyssee Die Raumsonde verursachte Strahlungswerte auf der Marsoberfläche, die etwa 30-mal höher waren als bei einer Röntgenaufnahme des Brustkorbs.

Die Kraft der Protonen

Die äußere Atmosphäre der Sonne sendet einen kontinuierlichen, schwankenden Strom von Elektronen und Protonen aus, der als „Sonnenwind“ bekannt ist. Allerdings stößt die Sonnenoberfläche bei Sonnenpartikelereignissen, die häufig mit Sonneneruptionen verbunden sind, auch zeitweise Energieausbrüche aus, meist Protonen.

Protonen sind viel schwerer als Elektronen und transportieren mehr Energie, sodass sie tiefere Höhen in der Erdatmosphäre erreichen und Gasmoleküle in der Luft aufwirbeln. Diese angeregten Teilchen emittieren jedoch nur Röntgenstrahlung, die mit bloßem Auge nicht sichtbar ist.

In jedem Sonnenzyklus (etwa 11 Jahre) treten Hunderte von schwachen Sonnenpartikelereignissen auf, aber Wissenschaftler haben im Laufe der Erdgeschichte Spuren von viel stärkeren Ereignissen gefunden. Einige der extremsten Ereignisse waren tausendmal kraftvoller als alles, was mit modernen Instrumenten aufgezeichnet wurde.

Extreme Sonnenpartikelereignisse

Diese extremen Sonnenpartikelereignisse treten etwa alle paar tausend Jahre auf. Die letzte davon ereignete sich um 993 n. Chr. und wird verwendet, um zu zeigen, dass Wikingergebäude in Kanada genutzt wurden Holzschnitt im Jahr 1021 n. Chr.

Weniger Ozon, mehr Strahlung

Zusätzlich zu ihrer unmittelbaren Wirkung können durch Sonnenpartikel ausgelöste Ereignisse auch eine Reihe chemischer Reaktionen in der oberen Atmosphäre auslösen, die zum Ozonabbau führen können. Ozon absorbiert schädliche ultraviolette Strahlen der Sonne, die das Sehvermögen und die DNA schädigen (das Hautkrebsrisiko erhöhen) und sich auch auf das Klima auswirken können.

in unserem Land Neue StudieWir haben große Computermodelle der globalen Atmosphärenchemie verwendet, um die Auswirkungen eines extremen Sonnenpartikelereignisses zu untersuchen.

Wir haben herausgefunden, dass ein solches Ereignis den Ozonspiegel für etwa ein Jahr senken könnte, wodurch die UV-Werte an der Oberfläche steigen und DNA-Schäden zunehmen könnten. Würde jedoch ein solares Protonenereignis in einer Zeit auftreten, in der das Erdmagnetfeld sehr schwach ist, würde der Ozonschaden sechs Jahre lang anhalten, die UV-Werte um 25 % erhöhen und die Rate der durch die Sonne verursachten DNA-Schäden um bis zu 50 % erhöhen .

Partikelexplosionen aus der Vergangenheit

Aber wie wahrscheinlich ist diese tödliche Kombination aus einem schwachen Magnetfeld und intensiven Sonnenprotonenereignissen? Angesichts der Häufigkeit ihres Auftretens ist es wahrscheinlich, dass sie relativ häufig zusammen auftreten.

Tatsächlich könnte diese Kombination von Ereignissen viele mysteriöse Ereignisse erklären, die sich in der Vergangenheit der Erde ereignet haben.

Die jüngste Periode der Magnetfeldschwäche – einschließlich einer vorübergehenden Verschiebung am Nord- und Südpol – begann vor 42.000 Jahren und dauerte etwa 1.000 Jahre. In der Folgezeit ereigneten sich mehrere große evolutionäre Ereignisse. Es geschah ungefähr zu dieser ZeitWie das Verschwinden der letzten Neandertaler in Europa und das Aussterben großer Beuteltiere, darunter Riesige Wombats und Kängurus in Australien.

Ein größeres evolutionäres Ereignis wurde auch mit dem Erdmagnetfeld in Verbindung gebracht. Die Entstehung mehrzelliger Tiere erfolgte am Ende der Ediacara-Zeit (vor 565 Millionen Jahren), was in Fossilien dokumentiert ist, die in den Flinders Mountains in Südaustralien gefunden wurden, nach einer Zeitspanne von 26 Millionen Jahren der Evolution. Schwaches oder fehlendes Magnetfeld.

Ebenso war die schnelle Entwicklung verschiedener Tiergruppen während der kambrischen Explosion (vor etwa 539 Millionen Jahren) mit Geomagnetismus und hohen Mengen an ultravioletter Strahlung verbunden. Die gleichzeitige Entwicklung von Augen und harten Körperschalen in mehreren, nicht verwandten Gruppen wurde ebenfalls in Verbindung gebracht. Beschrieben Als beste Möglichkeit, schädliche einfallende UV-Strahlen zu erkennen und zu vermeiden, in „Escape the Light“.

Wir fangen gerade erst an, die Rolle der Sonnenaktivität und des Erdmagnetfelds in der Geschichte des Lebens zu erforschen.

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