Таємничі вибухи на Сонці регулярно нищать озоновий шар Землі й можуть зробити це знову

Дані показують, що приблизно кожну тисячу років Земля зазнає впливу екстремальної сонячної активності, яка може завдати серйозної шкоди озоновому шару і підвищити рівень ультрафіолетового випромінювання на поверхні. Вчені проаналізували, що відбувається під час такої екстремальної події та показали, що в періоди, коли магнітне поле Землі слабке, ці події можуть мати драматичний вплив на життя на всій планеті.

Магнітне поле Землі

Магнітне поле забезпечує життєво важливий захисний екран для життя, відхиляючи електрично заряджене сонячне випромінювання. У нормальному стані воно функціонує як гігантський стрижневий магніт, силові лінії якого піднімаються з одного полюса, огинають його і знову занурюються на іншому полюсі, за схемою, яку іноді описують як "перевернутий грейпфрут".

Вертикальна орієнтація полюсів дозволяє деякому іонізуючому космічному випромінюванню проникати аж до верхніх шарів атмосфери, де воно взаємодіє з молекулами газу, створюючи сяйво, відоме нам як полярне сяйво.

Однак, з часом поле дуже сильно змінюється. У минулому столітті північний магнітний полюс блукав північною Канадою зі швидкістю близько 40 кілометрів на рік, і поле ослабло більш ніж на 6%. Геологічні записи показують, що були періоди протягом століть і тисячоліть, коли магнітне поле було дуже слабким або навіть повністю відсутнім.

Ми можемо побачити, що сталося б без магнітного поля Землі, дивлячись на Марс, який втратив своє глобальне магнітне поле в далекому минулому, і, як наслідок, більшу частину своєї атмосфери та води.

У травні не лише Земля зіткнулася з викидом корональної маси Сонця. Радіація дісталася й до Марса, але той не зміг так вправно їй протистояти. У результаті це порушило роботу космічного апарата Mars Odyssey і призвело до того, що рівень радіації на поверхні Марса приблизно в 30 разів перевищив рівень, який можна було б отримати під час рентгену грудної клітки.

Сила протонів

Зовнішня атмосфера Сонця випромінює постійний фоновий потік електронів і протонів, відомий як "сонячний вітер". Однак поверхня Сонця також випромінює раптові сплески енергії, переважно протонів, відомі як сонячні спалахи.

Протони набагато важчі за електрони і несуть більше енергії, тому вони проникають глибше в нашу атмосферу (ближче до поверхні), збуджуючи молекули газу в повітрі.

Сотні слабких сонячних спалахів відбуваються постійно, але під час сонячних максимумів (піків активності) зростає не лише кількість спалахів та викидів корональної маси, а й їхня потужність.

Учені знайшли сліди потужних сонячних подій протягом всієї історії Землі. Деякі з найбільш екстремальних були в тисячі разів сильнішими, ніж будь-що, зафіксоване сучасними приладами.

Екстремальні події з сонячними частинками

Ці екстремальні події з сонячними частинками відбуваються приблизно кожні тисячу або кілька тисячоліть. Остання з них сталася близько 993 року нашої ери й допомогла датувати будівлі вікінгів у Канаді, оскільки лишила сліди в деревах, які ті зрубали для своїх хатин у 1021 році.

Менше озону, більше радіації

Окрім безпосереднього впливу, сонячні спалахи можуть також запустити ланцюг хімічних реакцій у верхніх шарах атмосфери, які руйнують озоновий шар. Озон поглинає шкідливе сонячне ультрафіолетове випромінювання, яке може пошкодити зір і ДНК (збільшуючи ризик раку шкіри), а також вплинути на клімат.

У новому дослідженні використовували великі комп'ютерні моделі глобальної атмосферної хімії, щоб вивчити вплив екстремальної події з сонячними частинками.

Вчені виявили, що така подія може виснажити рівень озону на рік або більше, підвищуючи рівень ультрафіолету на поверхні і збільшуючи пошкодження ДНК. Але якщо сонячна подія сталася в період, коли магнітне поле Землі було дуже слабким, то пошкодження озонового шару тривало б шість років, підвищуючи рівень ультрафіолету на 25% і збільшуючи швидкість сонячно-індукованого пошкодження ДНК до 50%.

Погляд у минуле

Наскільки ймовірним є таке смертоносне поєднання слабкого магнітного поля та екстремальних сонячних протонних подій? Враховуючи, як часто відбувається кожна з них, здається, що вони трапляються разом відносно часто. Насправді ця комбінація подій може пояснити кілька загадкових явищ у минулому Землі.

Останній період слабкого магнітного поля — включаючи тимчасову зміну північного і південного полюсів — розпочався 42 000 років тому і тривав близько 1 000 років. Приблизно в цей час відбулося кілька важливих еволюційних подій, таких як зникнення останніх неандертальців у Європі та вимирання мегафауни сумчастих, включаючи гігантських вомбатів і кенгуру в Австралії.

Але є в земній історії також приклади позитивного впливу слабкого магнітного поля. Ключова еволюційна подія пов'язана з геомагнітним полем Землі – виникнення багатоклітинних істот наприкінці Едіакарського періоду (565 мільйонів років тому). Воно відбулося під час періоду в 26 мільйонів років, коли магнітне поле було майже зруйноване. Це сприяло збільшенню кисню в океанах, які стали щитом перших земних істот від згубного ультрафіолету й дозволили їм процвітати.

Так само швидка еволюція різноманітних груп тварин під час Кембрійського вибуху (близько 539 мільйонів років тому) також була пов'язана з геомагнетизмом і високим рівнем ультрафіолету. Одночасна еволюція очей і твердих оболонок тіла у багатьох не пов'язаних між собою груп була описана як найкращий засіб для виявлення та уникнення шкідливого ультрафіолетового випромінювання.

А що зараз

Зараз нам хвилюватися не варто. Наше магнітне поле зараз сильне, тому навіть якщо такі спалахи й стануться, вони не завдадуть такої значної шкоди, якої могли б завдати зі слабким полем.

Але вчені, судячи з усього, досі не знають, що це за "таємничі вибухи". Можливо, мова йде про звичайні викиди корональної маси, і насправді немає ніякого нового типу вибухів, а може це дійсно щось особливе, що пробивається крізь магнітне поле.