Экстремальные солнечные вспышки и слабое магнитное поле — смертельная комбинация для Земли

Замечательное полярное сияние в начале мая этого года продемонстрировало силу, которую солнечные бури могут излучать в виде излучения, но иногда Солнце совершает что-то гораздо более разрушительное.

Эти взрывы, известные как «события солнечных частиц», протоны прямо с поверхности Солнца могут вылетать в космос, как прожектор.

Записи показывают, что примерно каждую тысячу лет на Землю попадает экстремальное явление солнечных частиц, которое может нанести серьезный ущерб озоновому слою. и повысить уровень ультрафиолетового (УФ) излучения на поверхности.

Мы проанализировали, что происходит во время такого экстремального явления, в статье, опубликованной сегодня. Мы также показываем, что в периоды, когда магнитное поле Земли слабое, эти события могут иметь драматическое влияние на жизнь на всей планете.

Критический магнитный щит Земли

Магнитное поле Земли обеспечивает решающее значение защитный кокон на всю жизнь, отражающий электрически заряженное излучение Солнца.

В нормальном состоянии он функционирует как гигантский стержневой магнит с силовыми линиями, поднимающимися от одного полюса, огибающими и опускающимися обратно на другой. полюс, образующий узор, который иногда называют «перевернутым грейпфрутом».

Вертикальная ориентация полюсов позволяет некоторому ионизирующему космическому излучению проникать в верхние слои атмосферы, где оно взаимодействует с молекулами газа, создавая свечение, которое мы знаем как полярное сияние.

Однако поле со временем сильно меняется. В прошлом столетии северный магнитный полюс перемещался по северной Канаде со скоростью около 40 километров в год, и поле ослабло более чем на 6%.

Геологические данные показывают, что были периоды века или тысячелетия, когда геомагнитное поле было очень слабым или даже полностью отсутствовало.

Мы можем увидеть, что произошло бы без магнитного поля Земли, взглянув на Марс, который потерял свое глобальное магнитное поле в древности. прошлое и, как следствие, большую часть его атмосферы.

В мае, вскоре после полярного сияния, на Марс обрушилось сильное событие солнечных частиц. Это нарушило работу космического корабля Mars Odyssey и привело к тому, что уровень радиации на поверхности Марса примерно в 30 раз превысил тот, который можно было бы получить при рентгенографии грудной клетки.

Сила протонов

Внешняя атмосфера Солнца испускает постоянный колеблющийся поток электронов и протонов, известный как «солнечный ветер». Однако поверхность Солнца также время от времени испускает всплески энергии, в основном протоны, в виде солнечных частиц, которые часто связаны с солнечными вспышками.

Протоны намного тяжелее электронов и несут больше энергии, поэтому достигают меньших высот. в атмосфере Земли, возбуждая молекулы газа в воздухе. Однако эти возбужденные молекулы излучают только рентгеновские лучи, невидимые невооруженным глазом.

Сотни событий со слабыми солнечными частицами происходят каждый солнечный цикл (примерно 11 лет), но ученые нашли следы гораздо более сильных событий. на протяжении всей истории Земли. Некоторые из самых экстремальных событий были в тысячи раз сильнее, чем все, что было зафиксировано современными приборами.

Экстремальные события с солнечными частицами

Эти экстремальные события с солнечными частицами происходят примерно каждые несколько тысячелетий. Самый последний из них произошел около 993 года нашей эры и был использован для того, чтобы показать, что в постройках викингов в Канаде использовалась древесина, вырубленная в 1021 году нашей эры.

Меньше озона, больше радиации

Помимо их непосредственного эффекта, События, связанные с солнечными частицами, также могут запустить цепочку химических реакций в верхних слоях атмосферы, которые могут истощить озон. Озон поглощает вредное солнечное УФ-излучение, которое может повредить зрение, а также ДНК (повышая риск рака кожи), а также повлиять на климат.

В нашем новом исследовании мы использовали большие компьютерные модели глобальной атмосферы. химию для изучения последствий экстремального выброса солнечных частиц.

Мы обнаружили, что такое событие может привести к истощению уровня озона на год или около того, повышению уровня ультрафиолетового излучения на поверхности и увеличению повреждения ДНК.

Но если событие солнечных протонов произойдет в период, когда магнитное поле Земли было очень слабым, тогда повреждение озона продлится шесть лет, увеличивая уровень ультрафиолета на 25% и увеличивая скорость вызванного солнцем повреждения ДНК до 50%.

Взрывы частиц из прошлого

Насколько вероятно это смертельное сочетание слабого магнитного поля и экстремальных солнечных протонных событий? Учитывая, как часто происходит каждое из них, вполне вероятно, что они относительно часто случаются вместе.

Фактически, эта комбинация событий может объяснить несколько загадочных событий в прошлом Земли.

Самое последнее период слабого магнитного поля – включая временное переключение северного и южного полюсов – начался 42 000 лет назад и длился около 1000 лет. Примерно в это время произошло несколько крупных эволюционных событий, таких как исчезновение последних неандертальцев в Европе и вымирание сумчатой ​​мегафауны, включая гигантских вомбатов и кенгуру в Австралии.

Еще более крупное эволюционное событие также было связано с Геомагнитное поле Земли. Происхождение многоклеточных животных в конце эдиакарского периода (565 миллионов лет назад), зафиксированное в окаменелостях в хребте Флиндерс в Южной Австралии, произошло после 26-миллионного периода слабого или отсутствующего магнитного поля.

Аналогично, быстрая эволюция различных групп животных во время кембрийского взрыва (около 539 миллионов лет назад) также была связана с геомагнетизмом и высоким уровнем ультрафиолетового излучения.

Одновременная эволюция глаз и твердых оболочек тела в нескольких несвязанных группах был описан как лучшее средство как для обнаружения, так и для предотвращения вредных входящих ультрафиолетовых лучей в «бегстве от света».

Мы все еще только начинаем исследовать роль солнечной активности и Магнитное поле Земли в истории жизни.

Алан Купер, заслуженный профессор Университета Чарльза Стерта и Павел Арсенович, старший научный сотрудник, Университет природных ресурсов и наук о жизни (BOKU)

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.