Ciències atmosfèriques: El proper número de juliol de la revista Earth and Planetary Science Letters inclou un article signat per Kseniia Golubenko, Ilya Usoskin, Eugene Rozanov i Edouard Bard en el que proposen que el pic atmosfèric de radiocarboni de l’any 12350 a.C. fou causat per una tempesta solar extrema. Es tractaria d’un esdeveniment extrem d’emissions de partícules solars (ESPE) de tal potència que pot afectar la producció d’isòtops cosmogènics en el sistema terrestre, com ara la producció de radiocarboni o carboni-14 (14C). Això deixa un impacte en registres naturals com ara els dendrocronològics. En els darrers 12 mil·lennis, corresponents a l’Holocè, s’han registrat vuit ESPEs, el més potent dels quals tingué lloc l’any 775 d.C. Un novè ESPE hauria tingut lloc encara en el Pleistocè, vers l’any 12350 a.C., amb una magnitud del doble que la del 775 d.C. Com que llavors la Terra es trobava en un període glacial, els registres naturals són diferents als d’un període post-glacial com és l’Holocè. Golubenko et al. han desenvolupat SOCOL:14C-Ex, un model químico-climàtic que estudia canvis ràpids en 14C. Han aplicat el model en l’ESPE del 775 d.C. i en l’ESPE del 12350 a.C. Troben que aquest darrer seria un 18±11% més fort que el del 775 d.C. Aquest ESPE s’hauria produït probablement entre els mesos de gener i abril del 12350 a.C., amb la primeria de març com a data més probable. L’ESPE del 12350 a.C. seria l’esdeveniment solar conegut més fort.
Golubenko et al. han desenvolupat un nou model de generació de radiocarboni atmosfèric, SOCOL-14C-Ex, adreçat a aclarir les condicions climàtiques i geomagnètics de pics de carboni-14. Determinen així que vers l’any 12350 a.C. tingué lloc un esdeveniment extrem de protons solars d’una magnitud enorme. També han provat aquest model amb l’esdeveniment del 775 d.C.
Els esdeveniments extrems de partícules solars (ESPEs)
L’estudi dels ESPEs ens ofereix dades crucials sobre física solar i geociència que alhora tenen aplicació en arqueologia i en metodologies de datació. Miyake et al. (2012) van descriure el primer d’aquests ESPE, manifestat com un augment del 20‰ en la ratio de carboni-14 (Δ14C) datable en l’any 775 d.C. Per això els ESPEs reben també el nom d’esdeveniments de Miyake. La causa d’un esdeveniment de Miyake és un flux extremadament fort de partícules energètiques solars (SEPs).
Hom ha identificat un total de set ESPEs en els 12 mil·lennis que portem d’Holocè, i n’hi ha altres possibles candidats. El del 775 d.C. en seria el més fort. El segueixen els ESPEs del 660 a.C. i del 7176 a.C.
L’any passat hom va reportar un pic enorme de Δ14C (40‰) corresponent a l’any 12350 a.C. Això el situa durant el darrer període glacial. Connectar aquest pic amb un ESPE no és tasca fàcil, ja que cal disposar d’un model de transport de carboni compatible amb les condicions glacials.
Els models convencionals de transport de 14C en l’atmosfera segueixen una estratègia de capsa, en la que es consideren globalment grans reservoris i els fluxos de bescanvi entre ells. Hom assumeix que dins de cada reservori hi ha una barreja completa o, si més no en el cas de l’oceà profund, una barreja difusiva. La barreja tindria lloc en una escala temporal de 1-2 anys en el cas de l’atmosfera i de segles per al cas de l’oceà.
Golubenko et al. defensen un model més realista que tingui present patrons de circulació i característiques locals (orogràfiques, etc.).
El model que presenten ara, SOCOL:14C-Ex, és un model químico-climàtica tridimensional plenament dinàmic de la producció i transport de radiocarboni, adreçat a pics ràpids en diferents condicions climàtiques i geomagnètiques.
Golubenko et al. han aplicat d’entrada el SOCOL:14C-Ex a l’ESPE del 775 d.C., i seguidament han passat al del 12350 d.C.
SOCOL:14C-Ex
Aquest model ha estat construït a partir del CCM SOCOL-AERv2 (2015), el qual ho hauria estat a partir del SOCOLv3. Les sigles de SOCOL volen dir Solar Climate Ozone Links. Les sigles AER fan referència a un mòdul d’aerosols de sulfat.
Golubenko et al. feren un test preliminar del model amb l’esdeveniment Carrington del 1860 d.C. El problema és que aquest esdeveniment no s’associa a un senyal de Δ14C relacionat amb un ESPE.
El model utilitza una graella horitzontal transformada gaussiana amb la truncació triangular T42, amb 64 latituds i 128 longituds. En la dimensió vertical considera 39 nivells, que van de la superfície terrestre a una altura de 80 km (on la pressió atmosfèrica és de 0,01 hPa). La graella reprodueix l’orografia real. S’empra MA-ECHAM5 com a mòdul de circulació general i MEZON com a mòdul de química atmosfèrica. La resolució temporal és de 2 hores. El model inclou transport advectiu i difusiu, i deposició seca i humida.
La producció de 14C fou computada per SEPs d’acord amb el model de cascada atmosfèrica de raigs còmics (CRAC). L’esdeveniment SEP del 20 de gener del 2005 permet una reconstrucció de l’espectre energètic de SEPs de l’ESPE del 775 d.C., per bé que multiplicat per 455.
La cobertura geomagnètica fou calculada d’acord amb les reconstruccions paleomagnètiques corresponents al 12350 a.C.
Primerament, el model fou aplicat a una simulació de 6 anys per establir les condicions atmosfèriques i les concentracions de carboni. Després es modelitzà una producció instantània de 14C d’acord amb un patró de producció relacionat amb SEP. La modelització continuà amb un període simulat de set anys.
Com a condicions climàtiques s’adoptaren les del període glacial tardà en termes de temperatura de superfície marina i de cobertura de glaç. La ratio de CO2 seria de 240 ppmv. El model SOCOL fa una estimació de l’albedo vinculat a la cobertura de glaç terrestre.
El model simula directament el transport de carboni en l’atmosfera, i inclou les condicions límit de fonts i embornals. Com a font es contempla únicament la producció de 14C relacionada amb ESPE. Com a embornals es considera la biosfera, és a dir l’absorció de CO2 per part de les plantes, i el nivell superior de l’oceà.
L’estabilitat model fou assajada amb tres simulacions en paral·lel, que donaren resultats similars.
La modelització dels embornals segueix les dades d’albedo de l’European Centre for Medium-Range Weather Forecasts. Un albedo superior a 0,7 es correspondria a una localitat sota glaç, en la qual no hi hauria cap embornal. Un albedo inferior a 0,7 es correspondria a terra lliure de glaç o a aigua. Per a les aigües no-glaçades (mar o llacs) s’assumeix una taxa d’embornal de 8,29 anys. Quan és de terra la taxa seria de 4,36 anys, segon la latitud o l’estació. En latituds mitjanes (23∘ – 66∘), el creixement vegetal es concentraria en els sis mesos estivals. En latituds equatorials l’embornal es produiria tot l’any.
El model SOCOL:14C-Ex computa la concentració d’àtoms de 14C en l’aire superficial en termes d’àtoms per metre cúbic. S’assumeix que tot el carboni atmosfèric es troba en forma de CO2. La semivida del 14C és de 2,62·1011 segons.
La modelització de l’esdeveniment del 12350 d.C.
L’estudi de Bard et al. (2023) es basava en un arbre situat a l’Europa sud-occidental. S’assumí arbitràriament que l’ESPE hauria tingut lloc el 20 de gener. El pic de radiocarboni s’hauria produït inicialment en l’estratosfera polar. Els valors atmosfèrics de radiocarboni haurien crescut durant dos anys.
La comparació amb les dades dendrocronològiques, suggereixen que l’esdeveniment del 12350 a.C. fou un 18±11% superor al 775 d.C. L’esdeveniment s’hauria produït entre l’hivern i la primavera del 12350 a.C., amb la data més probable situada en el 8 de març.
El pic de 12350 a.C. fou del 37‰ en termes de Δ14C. Les raons d’aquest major resposta es trobarien en la cobertura geomagnètica, els nivell de CO2 i les condicions climàtiques.
La sensibilitat del Δ14C a un ESPE
Golubenko et al. contemplen quatre simulacions:
- un experiment de clima glacial amb camp geomagnètic feble (6,3·1022 A·m2).
- un experiment de clima holocènic i camp geomagnètic fort (9,5·1022 A·m2).
- un experiment de clima holocènic i camp geomagnètic feble.
- un experiment de clima holocènic i camp geomagnètic fort, assumint una concentració de CO2 de 285 ppmv.
És l’efecte combinat d’un camp geomagnètic feble i un clima glacial el que explicaria que un ESPE lleugerament més fort que el del 775 d.C. produís un pic de radiocarboni molt més pronunciat en el 12350 a.C.
L’ESPE del 12350 a.C., no obstant, fou de grans proporcions. La fluència de SEPs amb una energia superior a 200 MeV seria de 1,4±0,15·1010 cm-2. Un ESPE d’aquest nivell en els nostres dies tindria un impacte catastròfic sobre la nostra societat tecnològica, especialment pel que fa a les tecnologies basades en satèl·lits artificials. Golubenko et al. consideren que una estimació més precisa de l’ESPE del 12350 a.C. passa per fer avaluacions d’altres isòtops cosmogènics, com ara el clor-36 o el beril·li-10.
Els ESPEs del 12350 a.C., del 7176 a.C. i del 775 d.C. representen tempestes solars extremes. Deixen en no-res l’esdeveniment SEP més fort que hagi estat observat directament, el del 23 de febrer del 1956.
L’ESPE del 12350 a.C. pot ajudar a precisar la cronologia dels darrers temps del Pleistocè. Al mateix temps, ens comunica la potència que pot assolir un esdeveniment solar.
Lligams:
- New SOCOL:14C-Ex model reveals that the Late-Glacial radiocarbon spike in 12350 BC was caused by the record-strong extreme solar storm. Kseniia Golubenko, Ilya Usoskin, Eugene Rozanov, Edouard Bard. Earth and Planetary Science Letters 661: 119383 (2025).
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada