Nature Geoscience: El radiocarbono en los anillos de los árboles revela la existencia de un ciclo solar de 11 años durante el último milenio.

El sol es una importante fuente de energía para la tierra. Aunque la observación humana de la actividad solar (manchas solares) sólo tiene una historia de 400 años, los nucleidos cosmogénicos producidos por los rayos cósmicos quedarán registrados en los anillos de los árboles o en los núcleos de hielo, que pueden utilizarse como una herramienta importante para rastrear los cambios en la actividad solar durante miles de años. hace años. El 14 C es un isótopo radiactivo del carbono que se forma cuando los rayos cósmicos bombardean el nitrógeno en la atmósfera superior. Estos 14 C se oxidan en la atmósfera para formar CO 14 2, que son absorbidos por los árboles mediante la fotosíntesis y registrados en los anillos anuales formados ese año, y ya no se intercambian con el mundo exterior. Por lo tanto, los cambios en la abundancia de 14C en los anillos de los árboles pueden restaurar los cambios en el 14C en la atmósfera antigua, registrando así la intensidad de los rayos cósmicos y la actividad solar. Los anillos de los árboles tienen las características de datación precisa, alta resolución y buena continuidad, y tienen el potencial de reconstruir cambios interanuales e incluso estacionales en la actividad solar (Uusitalo et al., 2018). Además, los documentos históricos de alta resolución, como la historia de la actividad de las manchas solares y la cronología de las auroras de la antigua Corea (SILSO WDC, 2019; Wan et al., 2020), tienen las características de datación precisa y alta resolución temporal, y pueden También se puede utilizar para estudiar la actividad del sol.

El erudito japonés Miyake descubrió una vez un aumento significativo en la abundancia de 14 C en 774-775 d.C. y 992-993 d.C. midiendo la resolución anual de los anillos de los árboles, revelando dos fuertes eventos de rayos cósmicos (Miyake et al. ., 2012, 2013). La ocurrencia de estos dos eventos probablemente esté relacionada con eventos de partículas solares de alta energía (Mekhaldi et al., 2015; consulte el informe de Frontier "Intense Solar Activity in 774-775 AD"). Sin embargo, los estudios anteriores sólo utilizaron registros fragmentados de 14C en anillos de árboles. Todavía faltan registros de 14C en anillos de árboles con resolución anual y milenios continuos.

El equipo de Brehm en el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zurich publicó recientemente el registro de 14 C de anillos de árboles con resolución anual continua más larga en Nature Geoscience. El 14 C de los anillos de los árboles registra tres aumentos rápidos de 14 C en los últimos 1000 años (Figura 1a). Los rápidos aumentos a corto plazo de 14 C en la atmósfera están relacionados con eventos de partículas solares de alta energía. La primera vez ocurrió en el año 993 d.C. Este evento de partículas solares de alta energía provocó que la producción de 14C aumentara casi tres veces en un año. El segundo aumento significativo en 14 C ocurrió en 1052 d. C. y puede verificarse mediante el modelo en el conjunto de datos de 14 C publicado anteriormente (Fig. 2a). Sin embargo, el modelo no detectó el tercer aumento significativo en la abundancia de 14C que ocurrió en 1279 d.C., lo que puede estar relacionado con la precisión del conjunto de datos seleccionado (Fig. 2b). Aun así, el descubrimiento de estos dos eventos sospechosos sugiere que los eventos de partículas energéticas solares pueden ser mucho más frecuentes de lo que pensábamos. Vale la pena señalar que tres eventos de partículas solares de alta energía ocurrieron antes de 990-1290, y ninguno ocurrió en los últimos 700 años. Los eventos de 1052 y 1279 ocurrieron durante el período de mínimo solar.

Figura 1 Cambios de 14 C y regulación solar de 969 a 1933 (Brehm et al., 2021).

Figura 2 Dos nuevas abundancias sospechosas de 14 C descubiertas en el último milenio. Eventos crecientes. (Brehm et al., 2021).

La actividad solar tiene un ciclo de 11 años, y los cambios de 14°C causados ​​por el ciclo anterior se registrarán en los anillos de los árboles, pero esta investigación es muy desafiante porque los 114°C causados ​​por la actividad solar cíclica La variación es sólo del 2‰ y el error analítico medio a 14°C es del 60‰. Brehm et al. realizaron un análisis de filtrado de paso de banda en 14 C y registros de manchas solares y calcularon la distancia de pico a pico, estableciendo señales con amplitudes inferiores a 1,2 ‰ como ruido (Figura 3). Los resultados muestran que los ciclos con pequeñas amplitudes pueden ser causados ​​por el ruido. Estos ruidos hacen que la amplitud de la actividad solar se reduzca y el período se acorte durante el período mínimo. Esto significa que al observar actividades solares con período mínimo o pequeña amplitud en el futuro, se debe considerar el posible impacto del ruido.

Figura 3 Análisis espectral de grabaciones de 14 C filtradas por paso de banda (Brehm et al., 2021). Las cruces azul y naranja en la Figura B representan la amplitud > 1,2 ‰ de distancia entre picos, el histograma azul oscuro representa la amplitud > 1,2 ‰ de duración del período y el negro representa la distribución de la duración del período del número de manchas solares.

Para evaluar más a fondo los cambios de período y amplitud causados ​​por el ruido en la grabación de 14 C, el autor comparó el período y la amplitud del filtro de paso de banda de 14 C con datos de prueba generados aleatoriamente (Figura 4). . Los resultados muestran que cuando se selecciona como datos simulados una señal sinusoidal con una amplitud de 0,8‰ y un período de 10,4 años, la distribución de su período y amplitud coincide mejor con los registros medidos. Por lo tanto, el ciclo solar de 11 años se registró en el registro de 14 C con una amplitud promedio de 0,8‰, que es menor que la amplitud reportada anteriormente (2‰). Esta amplitud no es constante sino que depende de la intensidad de la actividad solar. Durante el período mínimo solar, la amplitud es de 0,6 ‰, y durante el período máximo solar, la amplitud es de aproximadamente 0,9 ‰.

La importancia de esta investigación es utilizar registros de 14 C de los anillos de los árboles de alta resolución para descubrir nuevos eventos de partículas solares de alta energía, reconstruir las tendencias a largo plazo y los cambios interdecadales en los cambios solares, y revelar la leyes de la actividad solar y los cambios del 14 C. Actualmente, cada vez más estudios utilizan registros de 14C de los anillos de los árboles de alta resolución para revelar los patrones cambiantes de la actividad solar.

Figura 4 Distribución de amplitud y periodo (Brehmet et al., 2021). El naranja representa el registro de 14 C después del filtrado de paso de banda y el azul representa la señal del período de 10,4 años y datos simulados con diferentes amplitudes.

Referencia

, diez mil personas. Cronología de las auroras en la antigua Corea. Beijing: Science Press, 2020.

Wang Xiaoming, et al. Uso de anillos terrestres de isótopos de carbono radiactivos para estudiar la actividad solar en los últimos mil años [J Beijing: Science Press, 2002. Nature Geoscience, 2021: 1-6.

Mekhaldi F, Muscheler R, Adolphi F, et al. Evidencia de radiación múltiple para el origen solar de los eventos de rayos cósmicos 774/5 y 993/4 [J Nature Communications, 2015, 6(1). ): 1-8.

[10] Miyajia Fuku, Masuda K, Nakamura T. Otro evento rápido en el contenido de carbono-14 de los anillos de los árboles [J Nature Communications, 2013, 4(1): 1-6.

et al. Características del crecimiento de los rayos cósmicos de los anillos de los árboles japoneses en el 774-775 d.C. [J Nature, 2012, 486(7402): 240-242.

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