© (PhotoLoader/Shutterstock)
Die protonenuitbarstingen direct vanaf het oppervlak van de zon staan bekend als "zonnedeeltjesgebeurtenissen" en kunnen als een schijnwerper de ruimte in schieten.
Uit gegevens blijkt dat de aarde ongeveer elke duizend jaar wordt getroffen door een extreme zonnedeeltjesgebeurtenis, die ernstige schade aan de ozonlaag kan toebrengen en het niveau van ultraviolette (UV)-straling aan het aardoppervlak kan verhogen.
In een vandaag gepubliceerd onderzoeksdocument analyseren we wat er zich tijdens zo'n extreme gebeurtenis voordoet. We tonen ook aan dat in tijden waarin het aardmagnetisch veld zwak is, deze voorvallen ingrijpende gevolgen kunnen hebben voor het leven op aarde.
Het cruciale magnetische schild van de aarde
Het magnetische veld van de aarde vormt een cruciale beschermende cocon voor het leven door elektrisch geladen straling van de zon te weren.
In normale toestand functioneert het als een gigantische staafmagneet met veldlijnen die vanaf de ene pool omhoog komen, een lus maken en bij de andere pool weer naar beneden duiken, in een patroon dat soms wordt omschreven als een "omgekeerde pompelmoes."
Door de verticale oriëntatie bij de polen kan sommige ioniserende kosmische straling doordringen tot in de bovenste atmosfeer, waar het in wisselwerking met gasmoleculen de gloed creëert die we kennen als het poollicht.
In de loop van de tijd verandert het veld echter sterk. Gedurende de afgelopen eeuw bewoog de noordelijke magnetische pool zich met een snelheid van zo'n 40 kilometer per jaar over het noorden van Canada, terwijl het veld met meer dan 6% afzwakte.
Uit geologische gegevens blijkt dat er perioden van eeuwen of millennia zijn geweest waarin het aardmagnetisch veld erg zwak of zelfs geheel afwezig was.
Om te zien wat er zou gebeuren als de aarde geen magnetisch veld zou hebben, hoeven we maar naar Mars te kijken, dat in een ver verleden zijn mondiale magnetische veld verloor en als gevolg daarvan ook het overgrote deel van zijn atmosfeer.
In mei, niet lang na het poollicht, werd Mars getroffen door een krachtige zonnedeeltjesgebeurtenis. Dit verstoorde de werking van het ruimteschip Mars Odyssey en veroorzaakte stralingsniveaus aan het oppervlak van Mars die ongeveer 30 keer hoger waren dan wat men bij een röntgenfoto van de borstkas zou ontvangen.
Commentaar: Er hebben zich de laatste tijd tijdens relatief milde zonnestormen allerlei ongewone gebeurtenissen voorgedaan: Powerful Solar storm has unusually strong impact on Earth, delays SpaceX rocket launch, stalls oil rigs in Canada
De kracht van protonen
De buitenste atmosfeer van de zon zendt een constante fluctuerende stroom elektronen en protonen uit die we de "zonnewind" noemen. Het oppervlak van de zon zendt echter ook sporadisch uitbarstingen van energie uit, voornamelijk protonen, in de vorm van zonnedeeltjes - die vaak worden geassocieerd met zonnevlammen.
Protonen zijn veel zwaarder dan elektronen en hebben meer energie, zodat ze lagere hoogtes in de aardatmosfeer bereiken en gasmoleculen in de lucht prikkelen. Deze geprikkelde moleculen zenden echter alleen röntgenstraling uit, die onzichtbaar is voor het blote oog.
Elke zonnecyclus (die ruwweg 11 jaar duurt) doen zich honderden zwakke zonnedeeltjesgebeurtenissen voor, maar wetenschappers ontdekten sporen van veel krachtigere gebeurtenissen in de loop van de geschiedenis van de aarde. Sommige van de meest extreme waren duizenden keren sterker dan alles wat met moderne instrumenten werd vastgelegd.
Extreme zonnedeeltjesgebeurtenissen
Deze extreme zonnedeeltjesgebeurtenissen komen ruwweg om de paar millennia voor. De meest recente vond plaats rond 993 n.Chr. en werd gebruikt om aan te tonen dat voor gebouwen van de Vikingen in Canada hout werd gebruikt dat in 1021 n.Chr. was gekapt.
Minder ozon, meer straling
Naast hun directe uitwerking kunnen zonnedeeltjesgebeurtenissen ook een keten van chemische reacties in de bovenste atmosfeer op gang brengen die ozon kunnen afbreken. Ozon absorbeert schadelijke UV-straling van de zon, die het gezichtsvermogen en het DNA kan beschadigen (waardoor het risico op huidkanker toeneemt), maar beïnvloedt ook het klimaat.
In ons nieuwe onderzoek gebruikten we grote computermodellen van de wereldwijde chemische processen in de atmosfeer om de gevolgen van een extreme zonnedeeltjesgebeurtenis te onderzoeken.
We kwamen tot de conclusie dat zo'n gebeurtenis het ozonniveau ongeveer een jaar lang zou kunnen verlagen, waardoor het UV-niveau aan het aardoppervlak kan toenemen en er meer DNA-beschadiging zou kunnen optreden.
Maar als een zonneprotonengebeurtenis zou plaatsvinden in een periode waarin het magnetisch veld van de aarde erg zwak was, dan zou de schade aan de ozonlaag zes jaar aanhouden, waardoor het UV-niveau met 25% zou toenemen en de door de zon veroorzaakte DNA-schade met wel 50% zou toenemen.
Deeltjesuitbarstingen uit het verleden
Hoe waarschijnlijk is deze dodelijke combinatie van een zwak magnetisch veld en extreme zonneprotonen? Gezien de frequentie waarmee elk van beide voorkomt, lijkt het waarschijnlijk dat ze relatief vaak samen optreden.
Commentaar: Dit komt misschien omdat het aardmagnetisch veld onlosmakelijk verbonden is met de zon: Planet-X, Comets and Earth Changes by J.M. McCanney
Eigenlijk kan deze combinatie van voorvallen verschillende mysterieuze gebeurtenissen uit het verleden van de aarde verklaren.
De meest recente periode waarin het magnetisch veld zwak was - inclusief een tijdelijke wisseling van de noord- en zuidpool - begon 42.000 jaar geleden en duurde zo'n 1.000 jaar. Rond deze tijd vonden er verschillende belangrijke evolutionaire gebeurtenissen plaats, zoals het verdwijnen van de laatste Neanderthalers uit Europa en de uitstervingen van zeer grote buideldieren, waaronder reuzenwombats en kangoeroes in Australië.
Een nog grotere evolutionaire gebeurtenis werd ook in verband gebracht met het geomagnetisch veld van de aarde. Het ontstaan van multicellulaire dieren aan het einde van het Ediacarium (565 miljoen jaar geleden), vastgelegd in fossielen in de Flinders Ranges, een gebergte in Zuid-Australië, vond plaats na een periode van 26 miljoen jaar waarin het magnetisch veld zwak of zelfs afwezig was.
Ook de snelle evolutie van diverse diergroepen tijdens de Cambrische Explosie (rond 539 miljoen jaar geleden) werd in verband gebracht met geomagnetisme en hoge UV-niveaus.
De gelijktijdige ontwikkeling van ogen en geraamte in meerdere niet-verwante groepen werd beschreven als de beste manier om zowel de schadelijke inkomende UV-stralen te detecteren als te vermijden, als een "vlucht voor het licht."
We staan nog maar aan het begin van het onderzoek naar de rol die zonneactiviteit en het aardmagnetisch veld in de geschiedenis van het leven spelen.
Alan Cooper, bijzonder hoogleraar, Charles Sturt University en Pavle Arsenovic, senior wetenschapper, University of Natural Resources and Life Science (BOKU)Zie: https://theconversation.com/new-study-shows-mysterious-solar-particle-blasts-can-devastate-the-ozone-layer-bathing-earth-in-radiation-for-years-233464
Commentaar: De geschiedenis leert dat deze perioden ook gepaard gingen met een groot aantal andere verschijnselen, zowel in het verre verleden als meer recentelijk met de Zwarte Dood, de ineenstorting van de beschaving in verschillende regio's en de Renaissance. En inderdaad, het lijkt erop dat we ons wederom aan de vooravond van dat deel van de cyclus bevinden: