Como os anéis de árvores revelam (e desfocam) tempestades solares antigas

Quando o Sol entra em erupção, ele pode lançar feixes de partículas de alta energia na direção da Terra, provocando tempestades solares capazes de interferir em satélites, redes eléctricas e sistemas de comunicação.

Hoje é possível acompanhar esses episódios, mas as tempestades mais extremas ocorreram muito antes de existirem instrumentos modernos de medição.

Para encontrá-las, os cientistas recorrem a um arquivo improvável: os anéis de árvores. Um novo estudo, conduzido por uma equipa da Northern Arizona University, indica que as árvores não apenas registam tempestades solares - em alguns casos, elas também “borram” esses registos.

A forma como as árvores crescem, armazenam carbono e formam madeira pode espalhar esses sinais ao longo de vários anos. Isso torna a biologia vegetal uma peça essencial para reconstruir a história do clima espacial da Terra.

Tempestades solares deixam pistas de carbono

Partículas de alta energia associadas a tempestades solares atingem a atmosfera da Terra e geram uma forma rara e radioativa de carbono chamada carbono-14.

Durante a fotossíntese, as plantas absorvem dióxido de carbono do ar, e as árvores incorporam carbono na madeira à medida que crescem. Como cada anel representa um ano, os anéis formam uma linha do tempo natural.

Aumentos súbitos de carbono-14 nos anéis assinalam tempestades solares raras conhecidas como eventos de Miyake. Há evidências desses episódios em anéis de árvores de vários continentes.

Algumas tempestades do passado foram muito mais intensas do que qualquer uma registada na era moderna. Compreender como as árvores armazenam carbono ajuda os cientistas a estimar quão fortes podem ser futuras tempestades solares.

Árvores registam carbono de forma lenta

Os anéis de árvores funcionam como arquivos naturais, mas a formação de madeira não acontece imediatamente após o carbono entrar pelas folhas. Dentro de uma árvore, o carbono segue um percurso complexo.

A fotossíntese produz açúcares, e as árvores guardam parte desses açúcares como carboidratos não estruturais. Esse armazenamento pode durar meses, anos ou até décadas antes de ser usado para formar madeira nova.

“Embora os anéis de árvores sejam uma das nossas melhores ferramentas para ler a história da Terra, eles não são instrumentos perfeitos”, disse a coautora do estudo Amy Hessl, do Departamento de Geologia e Geografia da West Virginia University.

“Este artigo mostra como a biologia das árvores molda as histórias que elas contam.”

Como o carbono armazenado se mistura ao carbono recém-absorvido, picos de radiocarbono causados por tempestades solares podem se distribuir por mais de um anel. Essa mistura torna mais difícil identificar o momento exacto do evento.

As estações de crescimento deslocam os sinais de tempestades solares

Espécies diferentes absorvem carbono em épocas distintas do ano. O crescimento e a queda das folhas, assim como a fotossíntese, variam conforme o clima e a espécie.

Árvores caducifólias só fazem fotossíntese durante a estação em que têm folhas. Já as sempre-verdes mantêm as agulhas ao longo do ano, mas ainda assim seguem padrões sazonais por limitações de temperatura e luz.

A absorção de carbono também depende do clima local. Florestas em regiões mais quentes costumam absorver carbono por períodos mais longos do que florestas em regiões frias.

Essa variação no comprimento da estação de crescimento altera quando as árvores “amostram” o carbono atmosférico. Assim, os sinais de uma tempestade solar podem aparecer mais cedo ou mais tarde, dependendo do calendário de crescimento.

A formação da madeira acrescenta outro atraso

O crescimento da madeira, chamado xilogénese, só começa quando surgem determinadas condições de temperatura e humidade. Algumas árvores encerram o crescimento da madeira no início do verão, enquanto outras continuam até o outono.

O lenho inicial forma-se primeiro e o lenho tardio aparece depois. O carbono usado no lenho inicial muitas vezes vem de reservas armazenadas, e não da fotossíntese recente.

Essas diferenças de timing ajudam a explicar por que os sinais de tempestades solares podem surgir distribuídos por vários anéis. Uma tempestade ocorrida no fim de um ano pode mostrar seus sinais mais fortes durante períodos de crescimento nas estações seguintes.

O armazenamento de carbono molda os registos

As árvores guardam carboidratos não estruturais na forma de açúcares e amido. Esse armazenamento acontece em raízes, caules e ramos.

A capacidade de armazenamento varia entre espécies. Árvores caducifólias frequentemente acumulam reservas de carbono maiores do que árvores sempre-verdes. Parte desse carbono armazenado pode ficar sem uso por muitos anos.

Pesquisas indicam que o carbono guardado pode sustentar a respiração, o crescimento de raízes, o crescimento de folhas e a formação de madeira muito tempo depois da absorção inicial.

Ao misturar carbono “antigo” e “novo”, a árvore suaviza sinais acentuados de radiocarbono. Em eventos extremos, como os eventos de Miyake, esse efeito de borramento torna-se mais evidente.

“Entender como as árvores adquirem carbono da atmosfera, o armazenam para uso futuro e depois o utilizam para crescer madeira nova é crítico”, disse Mariah Carbone, professora associada de pesquisa na Northern Arizona University.

“A biologia determina o quão fielmente o sinal atmosférico é preservado.”

A geografia remodela os registos de tempestades

A anatomia da árvore também influencia os sinais de carbono. Espécies com porosidade anelar tendem a depender mais de carbono armazenado para o crescimento inicial do que espécies com porosidade difusa.

A latitude também importa. Regiões de latitudes mais altas recebem uma produção mais intensa de carbono-14 durante tempestades solares por causa do campo magnético da Terra.

O calendário de crescimento e os padrões de armazenamento, somados aos efeitos geográficos, moldam o que fica registado nos anéis.

Essa diversidade ajuda a explicar por que cientistas observam pequenas diferenças de timing ao comparar espécies ou regiões. Reconhecer esses padrões permite reconstruções mais precisas da história de tempestades solares.

Benefícios para além do clima espacial

Aprimorar o conhecimento sobre os caminhos do carbono nas árvores traz ganhos que vão além da pesquisa sobre clima espacial. A datação por radiocarbono depende de linhas do tempo de carbono bem calibradas.

Quando se entende melhor o armazenamento de carbono, melhora-se a datação de sítios arqueológicos e de artefactos históricos.

O coautor do estudo Andrew Richardson é ecólogo na Northern Arizona University.

“É incrível que uma forma de melhorar a nossa compreensão de tempestades solares e da física solar seja entender melhor os processos de crescimento das árvores, o que por sua vez é fundamental para melhorar como usamos o radiocarbono para datação por carbono”, disse Richardson.

Preparar a Terra para tempestades extremas

A pesquisa descrita na New Phytologist integra um esforço mais amplo apoiado pela National Science Foundation.

Os cientistas procuram determinar quão extremas foram as tempestades solares do passado e o que eventos semelhantes poderiam significar para a tecnologia moderna. Satélites, astronautas e sistemas eléctricos continuam vulneráveis a esse tipo de fenómeno.

As árvores seguem como testemunhas silenciosas da actividade de tempestades solares. Ao aprender como a madeira regista o carbono, os cientistas conseguem ler essa história com mais clareza e confiança.