Analisi dell’evento Carrington attraverso la concentrazione di radiocarbonio negli anelli degli alberi
Analisi dell’evento Carrington attraverso la concentrazione di radiocarbonio negli anelli degli alberiUn gruppo di ricerca coordinato dall’Università di Helsinki ha misurato un picco nella concentrazione di radiocarbonio negli alberi della Lapponia, verificatosi in seguito alla tempesta solare Carrington. Questa scoperta contribuisce alla preparazione contro le pericolose tempeste solari.
L’evento Carrington del 1859 rappresenta una delle più grandi tempeste solari registrate negli ultimi due secoli. Fu osservato come bagliori di luce bianca su un grande gruppo di macchie solari, incendi nelle stazioni telegrafiche e disturbi nelle misurazioni geomagnetiche, nonché aurore persino in regioni tropicali.
In uno studio congiunto realizzato dall’Università di Helsinki, dall’Istituto Finlandese delle Risorse Naturali e dall’Università di Oulu, è stato rilevato per la prima volta un segno di aumento delle concentrazioni di radiocarbonio a seguito della tempesta Carrington negli anelli degli alberi. In precedenza, tracce di radiocarbonio erano state rilevate solo da tempeste solari molto più intense.
Scoperta attraverso un marcatore cosmico
Le interazioni tra forti nubi magnetizzate di particelle cariche rilasciate dal Sole, note come flussi di plasma solare, e il campo geomagnetico terrestre risultano in 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’alta atmosfera, particelle con energia sufficientemente alta possono, attraverso reazioni nucleari, produrre anche radiocarbonio (14C), 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 conserva le informazioni contenute nell’anidride carbonica negli anelli annuali degli alberi.
Per ottenere le informazioni detenute dal radiocarbonio, si estraggono campioni incidendo il materiale legnoso cresciuto durante 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 marcatore 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 guidato lo studio.
Mappatura delle tempeste solari
Una tempesta solare corrispondente all’evento Carrington nei tempi moderni interromperebbe le reti elettriche e mobili e causerebbe gravi problemi ai sistemi satellitari e di navigazione, portando a problemi, ad esempio, nel traffico aereo. Per questo motivo, una conoscenza accurata del comportamento solare è vantaggiosa per la società.
Le tempeste solari più piccole e più comuni delle tempeste di Carrington possono essere studiate con dispositivi di misurazione e satelliti oggi, mentre quelle più grandi possono essere indagate, ad esempio, misurando la concentrazione di radiocarbonio negli anelli degli alberi.
Fino ad ora, non è stato possibile studiare specificamente tempeste di medie dimensioni come l’evento Carrington, che non si sono verificate nei tempi moderni, utilizzando le tecniche convenzionali di radiocarbonio. Questo recente studio apre una potenziale nuova via per indagare la frequenza delle tempeste della dimensione di Carrington, che potrebbe aiutare a prepararsi meglio alle future minacce.
Informazioni sempre più accurate sul ciclo del carbonio
I risultati sono stati interpretati utilizzando un modello numerico di produzione e trasporto di radiocarbonio sviluppato dai ricercatori dell’Università di Oulu.
“Il modello di trasporto dinamico del carbonio atmosferico è stato specificamente sviluppato per descrivere le differenze geografiche nella distribuzione del radiocarbonio nell’atmosfera”, afferma la ricercatrice post-dottorato Kseniia Golubenko dell’Università di Oulu.
Significativo nello studio recentemente pubblicato è stato il modo in cui il contenuto di radiocarbonio degli alberi della Lapponia differiva da quello degli alberi a latitudini inferiori. Le prime misurazioni sono state effettuate presso il Laboratorio Acceleratore dell’Università di Helsinki, mentre le misurazioni ripetute condotte in altri due laboratori hanno ridotto significativamente le incertezze precedenti.
La scoperta può aiutare a comprendere meglio la dinamica atmosferica e il ciclo del carbonio dal tempo prima delle 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 dalla tempesta solare sia stato trasportato principalmente nella bassa atmosfera attraverso le regioni settentrionali, contrariamente alla comprensione generale del suo movimento”, riflette il ricercatore dottorando Joonas Uusitalo del Laboratorio di Cronologia.
Altre fonti di radiocarbonio
“È anche possibile che il cambiamento ciclico nella produzione di radiocarbonio nell’alta atmosfera causato dalla variazione dell’attività solare abbia portato alle differenze locali a livello del suolo osservate nei nostri risultati”, aggiunge Uusitalo.
Secondo Uusitalo, la frazione dominante di radiocarbonio è prodotta dai raggi cosmici galattici provenienti dall’esterno del sistema solare, anche se tempeste solari eccezionalmente forti generano singoli impulsi dell’isotopo nell’atmosfera. I raggi cosmici, a loro volta, sono indeboliti dal vento solare, un flusso continuo di particelle originarie del Sole che fluttua tra più forte e più debole in cicli di 11 anni.
L’argomento richiede ulteriori ricerche. I registri storici mostrano che significative tempeste geomagnetiche si sono verificate anche nel 1730 e nel 1770, motivo per cui la loro tracciabilità sarà probabilmente al centro dell’attenzione successiva.
Lo studio recentemente pubblicato è stato realizzato come progetto collaborativo del Laboratorio di Cronologia e del Dipartimento di Fisica dell’Università di Helsinki e dell’Istituto Finlandese delle Risorse Naturali. Ricercatori dell’Università di Oulu, dell’Università di Nagoya, dell’Università di Yamagata e dell’ETH Zurigo hanno contribuito allo studio. Lo studio ha ricevuto finanziamenti dal Consiglio di Ricerca della Finlandia, dalla Fondazione Culturale Finlandese e dalla Fondazione Emil Aaltonen.