Οι δακτύλιοι των δέντρων καταγράφουν αρχαίες ηλιακές καταιγίδες;
Το 4ο άνδηρο του Ασκληπιείου Κω με τον κυπαρισσώνα του.
Οι δακτύλιοι των δέντρων καταγράφουν αρχαίες ηλιακές καταιγίδες - αλλά η βιολογία θολώνει το σήμα.
Όταν ο Ήλιος εκρήγνυται, μπορεί να εκτοξεύσει ροές σωματιδίων υψηλής ενέργειας προς τη Γη, προκαλώντας ηλιακές καταιγίδες που διαταράσσουν τη λειτουργία δορυφόρων, δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας και συστημάτων επικοινωνιών.
Μπορούμε να παρακολουθήσουμε αυτά τα γεγονότα σήμερα, αλλά οι πιο ακραίες καταιγίδες συνέβησαν πολύ πριν υπάρξουν τα σύγχρονα όργανα.
Για να τα βρουν, οι επιστήμονες στρέφονται σε ένα απίθανο αρχείο: τους δακτυλίους των δέντρων. Νέα έρευνα, με επικεφαλής μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο της Βόρειας Αριζόνα, δείχνει ότι τα δέντρα δεν καταγράφουν απλώς τις ηλιακές καταιγίδες - μερικές φορές τις θολώνουν.
Ο τρόπος με τον οποίο τα δέντρα αναπτύσσονται, αποθηκεύουν άνθρακα και κατασκευάζουν ξύλο μπορεί να αλλοιώσει αυτά τα σήματα με την πάροδο των ετών, καθιστώντας τη βιολογία των φυτών ένα κρίσιμο κομμάτι του παζλ στην ανακατασκευή της ιστορίας του διαστημικού καιρού της Γης.
Οι ηλιακές καταιγίδες αφήνουν ίχνη άνθρακα
Σωματίδια υψηλής ενέργειας από ηλιακές καταιγίδες χτυπούν την ατμόσφαιρα της Γης και δημιουργούν μια σπάνια ραδιενεργό μορφή άνθρακα που ονομάζεται άνθρακας-14.
Τα φυτά απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα κατά τη φωτοσύνθεση και τα δέντρα δεσμεύουν άνθρακα μέσα στο ξύλο κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης. Κάθε δακτύλιος δέντρου αντιπροσωπεύει ένα έτος, καθιστώντας τους δακτυλίους μια φυσική χρονογραμμή.
Οι απότομες αυξήσεις στα επίπεδα άνθρακα-14 εντός των δακτυλίων σηματοδοτούν σπάνιες ηλιακές καταιγίδες, γνωστές ως γεγονότα Miyake. Αποδεικτικά στοιχεία τέτοιων γεγονότων εμφανίζονται σε δακτυλίους δέντρων σε πολλές ηπείρους.
Ορισμένες καταιγίδες του παρελθόντος ήταν πολύ ισχυρότερες από οποιεσδήποτε έχουν καταγραφεί στη σύγχρονη εποχή. Η εκμάθηση του τρόπου με τον οποίο τα δέντρα αποθηκεύουν άνθρακα βοηθά τους επιστήμονες να εκτιμήσουν πόσο ισχυρές θα μπορούσαν να είναι οι μελλοντικές ηλιακές καταιγίδες.
Τα δέντρα καταγράφουν αργά τον άνθρακα
Οι δακτύλιοι των δέντρων λειτουργούν ως φυσικά αρχεία, αλλά ο σχηματισμός ξύλου δεν συμβαίνει αμέσως μετά την είσοδο του άνθρακα στα φύλλα. Ο άνθρακας ακολουθεί μια σύνθετη διαδρομή μέσα σε ένα δέντρο.
Η φωτοσύνθεση παράγει σάκχαρα και τα δέντρα αποθηκεύουν μέρος αυτών των σακχάρων ως μη δομικούς υδατάνθρακες. Η αποθήκευση μπορεί να διαρκέσει μήνες, χρόνια ή και δεκαετίες πριν χρησιμοποιηθεί σε νέο ξύλο.
«Αν και οι δακτύλιοι των δέντρων είναι ένα από τα καλύτερα εργαλεία μας για την ανάγνωση της ιστορίας της Γης, δεν είναι τέλεια εργαλεία», δήλωσε η συν-συγγραφέας της μελέτης Amy Hessl, από το Τμήμα Γεωλογίας και Γεωγραφίας στο Πανεπιστήμιο της Δυτικής Βιρτζίνια .
«Αυτή η εργασία δείχνει πώς η βιολογία των δέντρων διαμορφώνει τις ιστορίες που αφηγούνται.»
Επειδή ο αποθηκευμένος άνθρακας αναμειγνύεται με τον πρόσφατα απορροφημένο άνθρακα, οι αιχμές ραδιενεργού άνθρακα από τις ηλιακές καταιγίδες μπορούν να εξαπλωθούν σε περισσότερους από έναν δακτυλίους. Αυτή η ανάμειξη καθιστά πιο δύσκολο τον εντοπισμό του ακριβούς χρονισμού.
Οι καλλιεργητικές περίοδοι αλλάζουν τα σήματα ηλιακών καταιγίδων
Τα είδη δέντρων απορροφούν άνθρακα σε διαφορετικές εποχές του έτους. Η ανάπτυξη των φύλλων, η απώλεια φύλλων και η φωτοσύνθεση ποικίλλουν ανάλογα με το κλίμα και το είδος.
Τα φυλλοβόλα δέντρα φωτοσυνθέτουν μόνο κατά την περίοδο των φύλλων. Τα αειθαλή δέντρα διατηρούν βελόνες όλο το χρόνο, αλλά εξακολουθούν να ακολουθούν εποχιακά πρότυπα λόγω των ορίων θερμοκρασίας και φωτός.
Η απορρόφηση άνθρακα εξαρτάται επίσης από το τοπικό κλίμα. Τα δάση σε θερμότερες περιοχές συχνά απορροφούν άνθρακα για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα από τα δάση σε ψυχρότερες περιοχές.
Η διακύμανση στη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου αλλάζει όταν τα δέντρα λαμβάνουν δείγματα ατμοσφαιρικού άνθρακα. Τα σήματα ηλιακής καταιγίδας μπορεί να εμφανιστούν νωρίτερα ή αργότερα, ανάλογα με το χρόνο ανάπτυξης των δέντρων.
Ο σχηματισμός ξύλου προσθέτει άλλη μια καθυστέρηση
Η ανάπτυξη του ξύλου, που ονομάζεται ξυλογένεση, ξεκινά μόνο μετά την εμφάνιση ορισμένων συνθηκών θερμοκρασίας και υγρασίας. Ορισμένα δέντρα ολοκληρώνουν την ανάπτυξη του ξύλου νωρίς το καλοκαίρι, ενώ άλλα συνεχίζουν μέχρι το φθινόπωρο.
Το πρώιμο ξύλο σχηματίζεται πρώτο και το όψιμο αργότερα. Ο άνθρακας που χρησιμοποιείται για το πρώιμο ξύλο προέρχεται συχνά από αποθηκευμένα αποθέματα και όχι από φρέσκια φωτοσύνθεση.
Αυτές οι χρονικές διαφορές εξηγούν γιατί τα σήματα ηλιακής καταιγίδας μπορούν να εμφανιστούν σε διάφορους δακτυλίους. Μια καταιγίδα που συμβαίνει στα τέλη ενός έτους μπορεί να δείξει τα ισχυρότερα σήματα της κατά τη διάρκεια περιόδων ανάπτυξης σε μεταγενέστερες εποχές.
Η αποθήκευση άνθρακα διαμορφώνει αρχεία
Τα δέντρα αποθηκεύουν μη δομικούς υδατάνθρακες ως σάκχαρα και άμυλο. Η αποθήκευση γίνεται σε ρίζες, μίσχους και κλαδιά.
Η χωρητικότητα αποθήκευσης διαφέρει μεταξύ των ειδών. Τα φυλλοβόλα δέντρα συχνά αποθηκεύουν μεγαλύτερα αποθέματα άνθρακα από τα αειθαλή δέντρα. Κάποιος αποθηκευμένος άνθρακας μπορεί να παραμείνει αχρησιμοποίητος για πολλά χρόνια.
Έρευνες δείχνουν ότι ο αποθηκευμένος άνθρακας μπορεί να υποστηρίξει την αναπνοή, την ανάπτυξη των ριζών, την ανάπτυξη των φύλλων και τον σχηματισμό ξύλου πολύ μετά την αρχική απορρόφηση.
Η ανάμειξη παλαιού και νέου άνθρακα θολώνει τα έντονα σήματα ραδιοάνθρακα. Κατά τη διάρκεια ακραίων φαινομένων όπως τα γεγονότα Miyake, αυτή η θόλωση γίνεται πιο αισθητή.
«Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα δέντρα αποκτούν άνθρακα από την ατμόσφαιρα, τον αποθηκεύουν για μελλοντική χρήση και στη συνέχεια τον χρησιμοποιούν για την καλλιέργεια νέου ξύλου είναι κρίσιμης σημασίας», δήλωσε η Mariah Carbone, αναπληρώτρια καθηγήτρια έρευνας στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Αριζόνα.
«Η βιολογία καθορίζει πόσο πιστά διατηρείται το ατμοσφαιρικό σήμα.»
Η γεωγραφία αναδιαμορφώνει τα αρχεία καταιγίδων
Η ανατομία των δέντρων επηρεάζει επίσης τα σήματα άνθρακα. Τα είδη με πορώδη δακτυλίους συχνά βασίζονται περισσότερο στον αποθηκευμένο άνθρακα για πρώιμη ανάπτυξη από τα είδη με διάχυτη πορώδη δομή.
Το γεωγραφικό πλάτος παίζει επίσης ρόλο. Οι περιοχές με υψηλότερο γεωγραφικό πλάτος δέχονται ισχυρότερη παραγωγή άνθρακα-14 κατά τη διάρκεια ηλιακών καταιγίδων λόγω του μαγνητικού πεδίου της Γης .
Ο χρόνος ανάπτυξης και τα πρότυπα αποθήκευσης συνδυάζονται με γεωγραφικές επιδράσεις για να διαμορφώσουν τα αρχεία δακτυλίων των δέντρων.
Αυτή η διακύμανση εξηγεί γιατί οι επιστήμονες παρατηρούν μικρές χρονικές διαφορές όταν συγκρίνουν είδη δέντρων ή περιοχές. Η κατανόηση αυτών των μοτίβων επιτρέπει πιο ακριβείς ανακατασκευές του ιστορικού των ηλιακών καταιγίδων.
Οφέλη πέρα από τον διαστημικό καιρό
Η βελτιωμένη γνώση των μονοπατιών άνθρακα στα δέντρα ωφελεί περισσότερο από την έρευνα για τον διαστημικό καιρό. Η χρονολόγηση με ραδιενεργό άνθρακα βασίζεται σε ακριβή χρονοδιαγράμματα άνθρακα.
Η καλύτερη κατανόηση της αποθήκευσης άνθρακα βελτιώνει τη χρονολόγηση αρχαιολογικών χώρων και ιστορικών αντικειμένων.
Ο συν-συγγραφέας της μελέτης Άντριου Ρίτσαρντσον είναι οικολόγος στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Αριζόνα.
«Είναι εκπληκτικό το γεγονός ότι ένας τρόπος για να βελτιώσουμε την κατανόησή μας για τις ηλιακές καταιγίδες και την ηλιακή φυσική είναι να κατανοήσουμε καλύτερα τις διαδικασίες ανάπτυξης των δέντρων, κάτι που με τη σειρά του είναι κρίσιμο για τη βελτίωση του τρόπου με τον οποίο χρησιμοποιούμε τον ραδιενεργό άνθρακα για τη χρονολόγηση με άνθρακα», δήλωσε ο Ρίτσαρντσον.
Προετοιμασία της Γης για ακραίες καταιγίδες
Η έρευνα που περιγράφεται στο New Phytologist αποτελεί μέρος μιας ευρύτερης προσπάθειας του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών.
Οι επιστήμονες στοχεύουν να μάθουν πόσο ακραίες ήταν οι ηλιακές καταιγίδες του παρελθόντος και τι θα μπορούσαν να σημαίνουν παρόμοια γεγονότα για τη σύγχρονη τεχνολογία. Οι δορυφόροι , οι αστροναύτες και τα συστήματα ενέργειας παραμένουν ευάλωτα σε τέτοιες καταιγίδες.
Τα δέντρα συνεχίζουν να λειτουργούν ως σιωπηλοί μάρτυρες της δραστηριότητας των ηλιακών καταιγίδων. Η εκμάθηση του τρόπου με τον οποίο το ξύλο καταγράφει τον άνθρακα βοηθά τους επιστήμονες να διαβάσουν αυτή την ιστορία με μεγαλύτερη σαφήνεια και σιγουριά.
Η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό New Phytologist .
Γεωδίφης με πληροφορίες από το Earth.com
περισσότερα,
Carbon uptake, storage, and allocation patterns contribute to blurring of annual 14C signals in tree rings-Amy E. Hessl, Andrew D. Richardson, Rachael Filwett, Laia Andreu-Hayles, Meagan Walker, Rose Oelkers, Arch S. Robison, Victor O. Leshyk, Mariah S. Carbone
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70868
https://www.earth.com/news/tree-rings-record-ancient-solar-storms-but-biology-blurs-the-signal/