Tempestades solares extremas e radiocarbono em anéis de árvores

Em setembro de 1859 - o mesmo ano em que Darwin publicou A Origem das Espécies - sistemas de telégrafo em toda a Europa e na América do Norte deixaram de funcionar e começaram a soltar faíscas, chegando a provocar incêndios em alguns casos.

Apenas algumas horas antes, investigadores tinham observado a primeira erupção solar confirmada - uma libertação intensa de radiação emitida pelo Sol. Era um sinal de que algo de grandes proporções estava prestes a atingir o nosso planeta.

Grande parte dos céus do Hemisfério Norte e do Hemisfério Sul ficou iluminada por auroras brilhantes (as luzes do norte e do sul), indicando que uma tempestade solar de grande dimensão estava em curso.

O episódio, mais tarde batizado de evento Carrington, entrou para a história como um dos mais fortes já documentados. Ainda assim, num artigo recente na Nature, mostramos que, num passado não tão distante, a Terra foi atingida por tempestades solares muito mais extremas.

As pistas desses fenómenos vêm, sobretudo, da análise dos níveis de carbono radioativo - o radiocarbono, ou carbono-14 - preservados nos anéis de crescimento das árvores.

Do evento Carrington a tempestades solares ainda mais extremas

Tempestades solares provocam perturbações no escudo magnético da Terra, a magnetosfera. Um mecanismo frequente por trás delas são as ejeções de massa coronal - jatos de partículas carregadas lançadas pelo Sol - que viajam até à Terra e conseguem penetrar na magnetosfera.

Tempestades solares extremas podem representar um cenário de desastre para uma sociedade altamente tecnológica, pois têm capacidade de danificar satélites e derrubar redes de comunicação e sistemas elétricos interligados em escala global.

A intensidade de algumas tempestades extremas identificadas em anéis de árvores sugere que elas teriam causado um caos na nossa infraestrutura tecnológica numa escala nunca antes vista.

Uma dessas tempestades, com registo em 774 d.C., por exemplo, teria sido muito mais forte do que o próprio evento Carrington.

Medindo o radiocarbono

O radiocarbono - base do chamado “datação por carbono” - é utilizado há muitas décadas para estimar a idade de materiais que já estiveram vivos, como ossos, madeira e couro. Depois que plantas e animais morrem, o radiocarbono no seu interior decai a uma taxa previsível.

Assim, ao medir quanto radiocarbono ainda resta num objeto como um osso, cientistas conseguem estimar há quanto tempo aquele organismo morreu.

No entanto, na última década, pesquisadores descobriram que tempestades solares extremas podem alterar a quantidade de radiocarbono incorporada por organismos vivos, como as árvores. Isso dá aos cientistas a oportunidade de procurar eventos solares extremos que não ficaram registados nos livros de história - e também de datá-los com grande precisão.

A quantidade de radiocarbono na atmosfera não é constante: ela varia ao longo do tempo, o que pode fazer com que a datação por radiocarbono forneça idades enganosas.

Por isso, ao longo dos anos houve esforços extensos para “calibrar” o registo de radiocarbono e torná-lo mais preciso. Em termos práticos, isso significa relacioná-lo com outros materiais cuja idade é conhecida.

Essas referências podem incluir árvores datadas pelos seus anéis de crescimento, ou ainda estalagmites e corais cuja idade foi determinada por outros métodos.

Quando essa abordagem é combinada com a ciência que determina idades a partir de anéis de árvores (dendrocronologia), a assinatura de radiocarbono deixada por uma tempestade solar extrema pode servir como um marco que aponta para um ano exato. Isso pode ajudar a tornar a datação por radiocarbono ainda mais rigorosa.

Ao revisar as evidências disponíveis sobre essas tempestades solares extremas, passa a ser possível tentar estimar com que frequência elas acontecem. Os dados também revelam muito sobre o ciclo global do carbono, a circulação oceânica e atmosférica (como o calor é redistribuído pela superfície da Terra) e o funcionamento do Sol.

Como tempestades solares mudam o radiocarbono em anéis de árvores

Em 2012, uma equipa liderada por Fusa Miyake, da Universidade de Nagoya, no Japão, descobriu que tempestades solares extremas podem provocar mudanças abruptas nas concentrações de radiocarbono encontradas nos anéis de árvores.

Antes disso, considerava-se que as taxas de produção de radiocarbono não variavam de forma substancial em intervalos curtos; por essa razão, medições anuais do radiocarbono do passado não pareciam particularmente relevantes.

O grupo identificou um grande pico na produção atmosférica de radiocarbono associado à tempestade extrema de 774 d.C. Desde então, confirmaram-se outros eventos extremos em 993 d.C., 660 a.C., 5259 a.C. e 7176 a.C.

A tempestade solar mais extrema que detetámos no registo de radiocarbono ocorreu há cerca de 14.370 anos, perto do fim da última era glacial.

Ainda não sabemos se esses episódios são apenas versões em maior escala de tempestades solares comuns - os chamados eventos “Cisne Negro” - ou se resultam de fenómenos físicos distintos. À medida que mais tempestades solares extremas forem identificadas no registo de radiocarbono, elas ampliarão o nosso entendimento sobre processos físicos que ocorrem na nossa estrela.

Ameaças a satélites e redes elétricas

Um dos maiores riscos de uma tempestade solar de grande magnitude é a possibilidade de eliminar instantaneamente toda a frota de satélites (com exceção daqueles de baixa altitude que permanecem protegidos de forma contínua pelo campo geomagnético), além de derrubar redes elétricas.

Por isso, conseguir prever esses eventos e emitir alertas com antecedência para operadores de redes elétricas é essencial.

Nos próximos anos, o registo de radiocarbono pode vir a revelar outras tempestades solares extremas. A comunidade científica corre para analisar árvores antigas de diferentes regiões do mundo, com o objetivo de fortalecer as evidências já existentes e encontrar novos eventos extremos do passado.

Aprofundar o conhecimento sobre esses acontecimentos não é importante apenas para aumentar a precisão da datação por radiocarbono, mas também para entender processos que ocorrem no Sol e no nosso próprio planeta. Isso também pode ajudar-nos a preparar para a próxima tempestade solar extrema.

Ainda não é possível prever quando ela acontecerá, mas os novos indícios do passado sugerem que, mais cedo ou mais tarde, haverá outra.

Maarten Blaauw, Professor, School of Natural and Built Environment, Queen's University Belfast; Ilya Usokin, Professor of Space Physics, Department of Space Physics and Astronomy, University of Oulu, e Tim Heaton, Professor of Applied Statistics, Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Leeds

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.