Солнце обладает не только животворящей силой. Иногда оно проявляет свой грозный нрав, извергая в пространство колоссальные потоки высокоэнергетических частиц. Такие солнечные бури, которые происходили в древности, на порядки мощнее тех, что фиксируют современные приборы, способны сегодня парализовать цивилизацию, выведя из строя энергосистемы, спутники и связь. Но как заглянуть в прошлое, чтобы оценить их истинную мощь и частоту? Ответ на этот вопрос хранят в себе безмолвные свидетели — деревья, чьи годичные кольца превратились в уникальную природную летопись космической погоды. Однако, как показывает новое исследование, расшифровка этих записей — это не просто чтение колец, а сложная наука, где ключевую роль играет тонкое понимание самой биологии деревьев.
Ученые давно используют аномальные всплески углерода-14 в годичных кольцах как маркеры так называемых событий Мияке — колоссальных выбросов солнечных частиц в прошлом. Механизм известен: частицы, сталкиваясь с атмосферой, генерируют углерод-14, который поглощается растениями. Однако, как выяснила международная команда исследователей под руководством Эми Хессл из Университета Западной Вирджинии при участии ученых из Университета Северной Аризоны, деревья — не пассивные регистраторы событий. Они являются живыми организмами со сложной физиологией, которая напрямую влияет на то, как и когда атмосферный сигнал фиксируется в древесине.
Главное открытие заключается в том, что превращение атмосферного углерода в древесное кольцо — не мгновенный процесс. Деревья обладают сложной системой управления ресурсами: они могут фотосинтезировать и накапливать полученные углеводы в виде крахмала и сахаров в своих «депо» — стволах, корнях, ветвях — на срок от нескольких месяцев до нескольких лет. Только потом эти запасы мобилизуются для роста новой ксилемы (древесины). Таким образом, углерод из атмосферной вспышки может быть «отложен» и инкорпорирован в годовое кольцо значительно позже самого события.
Этот биологический фактор объясняет ранее замеченные, но не понятые расхождения между разными деревьями и видами. Разные породы деревьев растут в разное время года (например, ранней весной или в середине лета), обитают в разных климатических условиях, которые диктуют стратегии накопления и использования ресурсов, и обладают разной анатомией проводящих тканей. Все это влияет на то, в каком именно кольце и с какой интенсивностью проявится радиоуглеродный пик от солнечной бури. Без учета этих особенностей реконструкции прошлых событий могут содержать неточности в датировке и оценке мощности всплеска.
Как подчеркивает соавтор работы Марайя Карбоне, именно биология деревьев определяет точность сохранения атмосферного сигнала. Понимание физиологических процессов — поглощения, хранения и мобилизации углерода — является критически важным для калибровки инструмента, которым являются годичные кольца.
Данное исследование имеет далеко идущие последствия за рамки изучения солнечной активности. Оно открывает новые возможности для совершенствования радиоуглеродного датирования в целом, которое широко применяется в археологии, палеонтологии и климатологии.
Более точное понимание того, как углерод перемещается внутри дерева, позволяет уточнить хронологии исторических и доисторических артефактов и событий. Как отметил профессор Эндрю Ричардсон, это прекрасный пример междисциплинарной синергии: изучение роста деревьев помогает продвинуться в солнечной физике и улучшить археологические методы.
В конечном счете, эта работа — часть глобальной задачи по оценке рисков для современного технологического общества. Реконструируя силу и частоту экстремальных солнечных бурь в прошлом с беспрецедентной точностью, ученые могут лучше спрогнозировать, что ожидать в будущем. Это знание жизненно необходимо для защиты критически важной инфраструктуры, космических миссий и коммуникационных систем от потенциального катаклизма.