Uitsterven en evolutie: Extreme zonnestralen in combinatie met het verzwakkende magnetische veld van de aarde kunnen een dramatische impact hebben op het leven.

Luister naar dit Artikel

De opmerkelijke aurora begin mei van dit jaar demonstreerde de kracht die zonnestormen als straling kunnen uitstralen, maar af en toe doet de zon iets veel destructiever.

Deze explosies van protonen, die bekend staan ​​als ‘zonnedeeltjesgebeurtenissen’, rechtstreeks vanaf het oppervlak van de zon, kunnen als een zoeklicht de ruimte in schieten.

Gegevens tonen aan dat de aarde ongeveer elke duizend jaar wordt getroffen door een extreme gebeurtenis met zonnedeeltjes, die ernstige schade aan de ozonlaag zou kunnen veroorzaken en de niveaus van ultraviolette (UV) straling aan het oppervlak zou kunnen verhogen.

We hebben geanalyseerd wat er gebeurt tijdens zo’n extreme gebeurtenis in een artikel dat vandaag is gepubliceerd. We laten ook zien dat in tijden waarin het magnetische veld van de aarde zwak is, deze gebeurtenissen een dramatisch effect kunnen hebben op het leven op de hele planeet.

Het kritische magnetische schild van de aarde

Het magnetische veld van de aarde vormt een cruciale beschermende cocon voor het leven en buigt elektrisch geladen straling van de zon af.

In de normale toestand functioneert het als een gigantische staafmagneet met veldlijnen die vanaf de ene pool opstijgen, in een lus rondlopen en bij de andere pool weer naar beneden duiken, in een patroon dat soms wordt beschreven als een “omgekeerde grapefruit”.

Door de verticale oriëntatie aan de polen kan enige ioniserende kosmische straling doordringen tot in de bovenste atmosfeer, waar het in wisselwerking staat met gasmoleculen om de gloed te creëren die we kennen als de aurora.

Het vakgebied verandert echter in de loop van de tijd enorm. In de afgelopen eeuw heeft de magnetische noordpool met een snelheid van ongeveer 40 kilometer per jaar door Noord-Canada gezworven, en is het veld met meer dan 6% verzwakt.

Uit geologische gegevens blijkt dat er perioden van eeuwen of millennia zijn geweest waarin het geomagnetische veld zeer zwak of zelfs geheel afwezig was.

We kunnen zien wat er zou gebeuren zonder het magnetische veld van de aarde door naar Mars te kijken, dat in het verre verleden zijn mondiale magnetische veld verloor, en als gevolg daarvan het grootste deel van zijn atmosfeer.

In mei, niet lang na de aurora, trof een sterke gebeurtenis van zonnedeeltjes Mars. Het verstoorde de werking van het Mars Odyssey-ruimtevaartuig en veroorzaakte stralingsniveaus aan het oppervlak van Mars die ongeveer 30 keer hoger waren dan wat je zou ontvangen tijdens een röntgenfoto van de borstkas.

De kracht van protonen

De buitenste atmosfeer van de zon zendt een constante fluctuerende stroom elektronen en protonen uit, bekend als de “zonnewind”. Het oppervlak van de zon zendt echter ook sporadisch uitbarstingen van energie uit, meestal protonen, tijdens gebeurtenissen met zonnedeeltjes – die vaak in verband worden gebracht met zonnevlammen.

Protonen zijn veel zwaarder dan elektronen en dragen meer energie, zodat ze lagere hoogten in de atmosfeer van de aarde bereiken, waardoor gasmoleculen in de lucht worden opgewonden. Deze aangeslagen moleculen zenden echter alleen röntgenstraling uit, die met het blote oog onzichtbaar is.

Elke zonnecyclus (grofweg elf jaar) vinden honderden zwakke zonnedeeltjesgebeurtenissen plaats, maar wetenschappers hebben in de geschiedenis van de aarde sporen gevonden van veel sterkere gebeurtenissen. Sommige van de meest extreme waren duizenden keren sterker dan alles wat met moderne instrumenten was opgenomen.

Extreme gebeurtenissen met zonnedeeltjes

Deze extreme gebeurtenissen met zonnedeeltjes komen grofweg elke paar millennia voor. De meest recente vond plaats rond 993 na Christus en werd gebruikt om aan te tonen dat Viking-gebouwen in Canada hout gebruikten dat in 1021 na Christus was gekapt.

Minder ozon, meer straling

Naast hun directe effect kunnen gebeurtenissen met zonnedeeltjes ook een reeks chemische reacties in de hogere atmosfeer op gang brengen die de ozonlaag kunnen aantasten. Ozon absorbeert schadelijke UV-straling van de zon, die het gezichtsvermogen en ook het DNA kan beschadigen (waardoor het risico op huidkanker toeneemt) en het klimaat kan beïnvloeden.

In onze nieuwe studie hebben we grote computermodellen van de mondiale atmosferische chemie gebruikt om de impact van een extreme gebeurtenis met zonnedeeltjes te onderzoeken.

We ontdekten dat een dergelijke gebeurtenis de ozonniveaus gedurende ongeveer een jaar zou kunnen aantasten, waardoor de UV-niveaus aan het oppervlak zouden stijgen en de DNA-schade zou toenemen.

Maar als er zich een zonneprotongebeurtenis zou voordoen in een periode waarin het magnetische veld van de aarde erg zwak was, zou de schade aan de ozonlaag zes jaar duren, waardoor de UV-niveaus met 25% zouden stijgen en de snelheid van door de zon veroorzaakte DNA-schade met wel 50% zou toenemen.

Deeltjesontploffingen uit het verleden

Hoe waarschijnlijk is deze dodelijke combinatie van een zwak magnetisch veld en extreme zonneprotongebeurtenissen? Gezien hoe vaak elk van deze gevallen voorkomt, lijkt het waarschijnlijk dat ze relatief vaak samen voorkomen.

In feite kan deze combinatie van gebeurtenissen verschillende mysterieuze gebeurtenissen in het verleden van de aarde verklaren.

De meest recente periode van zwak magnetisch veld – inclusief een tijdelijke wisseling van de noord- en zuidpool – begon 42.000 jaar geleden en duurde ongeveer 1.000 jaar. Rond deze tijd vonden verschillende grote evolutionaire gebeurtenissen plaats, zoals de verdwijning van de laatste Neanderthalers in Europa en het uitsterven van megafauna van buideldieren, waaronder gigantische wombats en kangoeroes in Australië.

Een nog grotere evolutionaire gebeurtenis is ook in verband gebracht met het geomagnetische veld van de aarde. De oorsprong van meercellige dieren aan het einde van de Ediacaran-periode (van 565 miljoen jaar geleden), vastgelegd in fossielen in de Flinders Ranges in Zuid-Australië, vond plaats na een periode van 26 miljoen jaar van zwak of afwezig magnetisch veld.

Op dezelfde manier is de snelle evolutie van diverse groepen dieren tijdens de Cambrische explosie (ongeveer 539 miljoen jaar geleden) ook in verband gebracht met geomagnetisme en hoge UV-niveaus.

De gelijktijdige evolutie van ogen en harde lichaamsschalen in meerdere niet-verwante groepen is beschreven als het beste middel om de schadelijke binnenkomende UV-stralen zowel te detecteren als te vermijden, in een “vlucht van het licht”.

We beginnen nog maar pas de rol van zonneactiviteit en het magnetische veld van de aarde in de geschiedenis van het leven te onderzoeken.

Bronnen: The Conversation