Nejsilnější prehistorická sluneční bouře

Nejstarší historicky dokázaná sluneční bouře postihla Zemi před zhruba 14 300 roky. Co by způsobila v dnešním technologickém světě? (délka blogu 4 min.)

Vědci objevili stopy zatím nejsilnější sluneční bouře. Svědčí o ní stopy v prehistorickém materiálu - konkrétně koncentrace C14 - radioaktivního izotopu uhlíku, který se mimo jiné používá k datování organických vzorků. 

Radiokarbonové datování 

… je metoda,  která používá koncentraci jednoho z izotopů uhlíku (C14) k určení stáří vzorku. Přitom se musí jednat samozřejmě o materiál, který obsahuje uhlík. Datovat se tímto způsobem dají vzorky, které jsou staré 300 až 60000 let. 

Datování pomocí C14

Proces je založen na tom, že u mrtvých organismů klesá podíl navázaných radioaktivních atomů uhlíku 14 díky zákonu rozpadu radioaktivních izotopů. Živé organismy nejsou tímto efektem ovlivněny, protože neustále absorbují nový (radioaktivní i běžný) uhlík z okolního prostředí, čímž se neustále doplňuje a tim i udržuje podíl 14 atomů uhlíku. 

Do svrchních vrstev zemské atmosféry neustále dopadají z vesmíru částice kosmického záření (záření, pocházejícího z naší nebo cizí galaxie) a částice slunečního větru (částice, které pocházejí ze Slunce). Proud částic je tvořen protony (kolem 88 %), z 10 % částicemi alfa (jádra helia) - zbytek tvoří převážně elektrony, pozitrony a atomy těžkých prvků. 

Záření, které k nám přichází z vesmíru, se následně sráží s částicemi atmosféry naší planety, čímž vzniká sekundární kosmického záření, které můžeme detekovat i na zemském povrchu. 

Interakcemi sekundárního kosmického záření s molekulami vzduchu pak neustále vznikají nejrůznější radioaktivní izotopy těch chemických prvků, ze kterých se skládá naše atmosféra. Srážkou neutronu sekundárního kosmického záření s atomem dusíku 14N například vzniká izotop uhlíku 14C, který se využívá k radiokarbonovému datování. 

K toto nepřetržité produkci radioaktivního uhlíku dochází v horních vrstvách zemské atmosféry, ve výšce kolem 15 kilometrů. 

Dále tento izotop reaguje s kyslíkem v atmosféře a mění se na oxid uhličitý. To je plyn, který se poté promíchává se svou neradioaktivní formou tvořenou izotopy 12C a 13C - je nadále díky fotosyntéze vstřebáván rostlinami a dostává se s nimi do těl zvířat. 

Izotop C14 má sice poločas rozpadu 5700 roků, v  průběhu času se tedy jeho množství v organické hmotě snižuje - dokud ale organismus žije (a tedy vyměňuje chemické látky se svým okolím) udržuje se v něm určitá hladina tohoto radioaktivního izotopu. 

Změna nastává až po úmrtí organismu, když už nedostává žádný další nový “příděl” radioaktivního izotopu C14 - a ten se začíná v materiálu pomalu rozpadat, takže se jeho koncentrace snižuje. 

Vzhledem k tomu, že víme, jak rychle se tento izotop rozpadá, můžeme z aktuální koncentrace určit, jak starý je organický vzorek. Metoda ovšem funguje jen do určitého stáří materiálu - což je způsobeno faktem, že po uplynutí deseti poločasů rozpadu už prakticky nenaměříme ve vzorku žádnou znatelnou koncentraci izotopu (což platí všeobecně pro všechny chemické prvky, nejen pro uhlík-14). 

Nepřesnosti dané kolísáním kosmického záření a intenzity slunečního větru

Radiokarbonové datování však není úplně přesné, protože se poměr radioaktivního a bežného izotopu 14C / 12C v průběhu času mění podle toho, jak silný je právě vliv kosmického záření a slunečního větru. 

Aby bylo měření úplně přesné, museli by vědci znát pro každou dobu aktuální poměr obou zmiňovaných izotopů. U některých vzorků se to daří, protože je známo přesné stáří materiálu - kterému se může přiřadit poměr koncentrací obou izotopů. Existují dokonce kalibrační křivky, kterých mohou vědci využít (poslední z nich má název IntCal20 a byla zveřejněna v roce 2020. 

Vzhledem k tomu, že se k datování používají většinou hojně nacházené zbytky prehistorických stromů, existují takové kalibrační křivky pro doby, kdy v dané oblasti rostly stromy - a problém nastává u historických období, kdy bylo příliš chladno na to, aby se zde stromy vyskytovaly. Přesto existují křivky, které sledují koncentraci obou izotopů pro dobu více než 10 000 roků před naším letopočtem. 

Historické sluneční bouře

První vědecky identifikovaná sluneční bouře se konala v roce 774 a byla nalezena díky vzorkům stromů z Japonska. Poté potvrdila tuto událost i měření dalších vzorků z celého světa. Tato bouře postihla Zemi v době, kdy ještě neexistovaly moderní technologie, nevytvořila tedy žádné extrémní škody, i když byla zhruba desetkrát silnější, než první bouře, u které si lidstvo všimlo její existence. 

Největší přímo pozorovaná sluneční bouře se odehrála v roce 1859. Vytvořila noční polární záři tak jasnou, že ptáci začali zpívat, protože si mysleli, že slunce vyšlo. Ale to není vše: Už tehdy neobvykle silný proud částic způsobil škody na lidské technice - na telegrafních systémech.

Před 14300 roky naši planetu zasáhla extrémně silná sluneční bouře, jejíž intenzita silně převyšovala všechny dříve známé případy - a stala se tak nejstarší takto dokázanou sluneční bouří. 

Dnes by taková událost měla katastrofální následky. Hlavně některé technologie - telekomunikace nebo rozvody elektrické energie, by utrpěly silné škody. To je také důvod, proč se vědci o podobné děje zajímají. Možná se je dokonce naučíme jednoho dne předpovídat… 

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsta.2022.0206