Экстремальные вспышки на Солнце и слабое магнитное поле Земли — смертельно опасная комбинация для человека
Международная команда ученых, под руководством исследователей Венского университета проанализировала, что происходит на Земле во время редкого экстремального события, когда на Солнце возникая вспышка, облучающая Землю тяжелыми частицами и одновременно ослабевает магнитное поле Земли. Такое событие может стать настоящей угрозой жизни и человеку.
Полярное сияние в начале мая 2024 года продемонстрировало огромную силу вспышек на Солнце. Но солнечные вспышки бывают гораздо сильнее. Это «события солнечных частиц», когда прямо к Земле устремляются не легкие электроны, а тяжелые протоны. Это случается примерно раз в тысячу лет. Если в этот момент магнитное поле Земли ослаблено, удар тяжелых частиц может повредить озоновый слой. А это по-настоящему опасно.
Международная команда ученых, под руководством исследователей Венского университета проанализировала, что происходит на Земле во время редкого экстремального события когда на Солнце возникая вспышка, облучающая Землю тяжелыми частицами и одновременно ослабевает магнитное поле Земли.
Магнитное поле Земли создает своего рода защитный кокон для нашей планеты и жизни на ней. Оно отражает заряженные частицы, которыми Солнце облучает Землю . В нормальном состоянии силовые линии магнитного поля поднимаются из одного полюса, огибают планету и входят в другой полюс. У полюсов заряженные частицы падают вдоль силовых линий и проникают глубоко в атмосферу. Здесь они сталкиваются с молекулами газа. Так возникают полярные сияния.
Но магнитное поле Земли непостоянно. В XX веке северный магнитный полюс двигался со скоростью около 40 километров в год от Канады к Северному географическому полюсу. Магнитное поле ослабло более чем на 6%. Геологические данные показывают, что в истории Земли случались огромные периоды, когда геомагнитное поле становилось очень слабым или вообще отсутствовало.
Как магнитное поле Земли (синие линии) защищает Землю от солнечного ветра.
Мы можем увидеть, как выглядела бы Земля без такого магнитного щита, если посмотрим на Марс, который потерял свое глобальное магнитное поле еще в далеком прошлом. Одним из следствий стала потеря большей части атмосферы. В мае сразу после полярного сияния на Земле, на Марс обрушился мощный поток солнечных частиц. Это нарушило работу космического зонда Mars Odyssey и привело к тому, что интенсивность радиации на поверхности Марса примерно в 30 раз превысила уровень, который можно получить при рентгене грудной клетки.
Сила протонов
Внешняя атмосфера Солнца постоянно излучает поток электронов и протонов — это «солнечный ветер». Но и на поверхности Солнца периодически возникают всплески — и это в основном протоны. Они почти в две тысячи раз тяжелее электронов, и если их как следует разогнать, а именно это и происходит во время всплесков на поверхности Солнца, они проникают очень глубоко в атмосферу Земли и возбуждают молекулы газа. Возбужденные молекулы излучают жесткие рентгеновские лучи.
Такие события, но с относительно слабыми солнечными протонами, происходят каждый солнечный цикл (он составляет примерно 11 лет). Но ученые, исследуя историю Земли, постоянно находят следы гораздо более сильных всплесков. Энергия самых экстремальных протонных вспышек в тысячи раз превышает ту, что зарегистрировали современные приборы.
Экстремальные события, связанные ударом солнечных протонов, случаются раз в несколько тысяч лет. Самое последнее такое событие произошло 992 или 993 году нашей эры. По следам этого события были датированы постройки викингов в Канаде. Следы солнечной вспышки были обнаружены в древесине, изготовленной из деревьев, срубленных в 1021 году нашей эры.
Чем меньше озона, тем больше радиации
События солнечных частиц могут запустить цепочку химических реакций в верхних слоях атмосферы, которые приведут к истощению озонового слоя. Озон поглощает ультрафиолет, который может повредить ДНК животных и человека.
В новом исследовании ученые использовали большие компьютерные модели глобальной химии атмосферы, чтобы оценить последствия экстремального события солнечных частиц.
Ученые показали, что такое событие может привести к истощению уровня озона примерно на год и повышению уровня ультрафиолета на поверхности Земли. Это относительно небольшой вред. Но если событие солнечных протонов произойдет в период, когда магнитное поле Земли ослабевает, повреждение озонового слоя не восстановится 6 лет, уровень ультрафиолета вырастет на 25% и частота повреждений ДНК вырастет на 50%. Хотя повреждение ДНК создает в основном вредные или даже смертельные мутации, но учащаются и положительные, которые могут дать толчок новому направлению эволюционного развития.
Ультрафиолет — двигатель эволюции
Ученые оценили, как часто совпадают во времени слабое магнитное поле и события солнечных протонов и какие процессы и события на Земле связаны с такими состояниями.
Последний период слабого магнитного поля начался 42 000 лет назад и продлился около 1000 лет. Примерно в это время произошло несколько крупных эволюционных событий: исчезли последние неандертальцы в Европе и произошло вымирание сумчатой мегафауны, включая гигантских вомбатов и кенгуру в Австралии.
Но с изменениями магнитного поля и событиями солнечных частиц могут быть связаны и более масштабные эволюционные процессы.
Зарождение многоклеточных животных в конце эдиакарского периода (565 миллионов лет назад), зафиксированное в окаменелостях, найденных в городах Флиндерс в Южной Австралии, произошло после 26-миллионного периода слабого или отсутствующего магнитного поля.
Быстрая эволюция различных групп животных во время Кембрийского взрыва (около 539 миллионов лет назад) также связана с геомагнетизмом и высоким уровнем ультрафиолета. Одновременная эволюция глаз и твердых телесных оболочек у множества не связанных между собой групп животных могла быть вызвана необходимостью приспосабливаться к интенсивному ультрафиолету.