1989. március 13-án összeomlott a Hydro-Québec elektromos hálózata. Az esemény nyomán egész Québec több órára sötétségbe borult, és több mint hatmillió ember maradt áram nélkül. Az áramszünet oka egy geomágneses vihar volt, amelyet a Napból kiinduló nagy energiájú részecskék váltottak ki.

Hogy ilyen események időről időre előfordulnak bolygónkon, sőt ennél hevesebb viharokra is sor került már, azt javarészt a fák évgyűrűinek elemzéséből tudják a szakértők. Ezen adatok alapján a nem túl távoli múltban több hasonló, de még hevesebb kozmikus részecskefelhő is eltalálta a Földet. A kutatók sokáig úgy vélték, hogy ezek hátterében is csillagunk időnként szélsőséges aktivitása állhatott. Egy új kutatás azonban, amely a fák fiziológiájával és a szén körforgásával kapcsolatos felismeréseket is figyelembe veszi, megkérdőjelezi a Nap kizárólagos felelősségét az eseményekben.

Mijake-események

A geomágneses viharokkal kapcsolatos új teóriák alapjait nagyjából egy évtizeddel ezelőtt fektette le Mijake Fusza japán fizikus, aki egy japán szigetről származó, különösen hosszú életű cédrusok faanyagát analizálta. Az akkor még csak végzős egyetemi hallgató Mijake gondos munkával kivonta a cellulózt az egyes évgyűrűkből, és elemezte ezekben a szén-14 mennyiségét.

Utóbbi a szén radioaktív formája, amely természetes módon keletkezik bolygónkon, amikor a Nap, más csillagok és különböző kozmikus kataklizmák által kibocsátott nagy energiájú részecskék kölcsönhatásba lépnek a Föld felső légkörében lévő atomokkal, elsősorban a nitrogénnel. A szén-14 egyben az emberi tevékenység mellékterméke is, az izotóp légköri koncentrációja duplájára nőtt a 20. század közepén, a hidegháborús atomkísérletek nyomán.

A szén-14 a bolygónkon jelen levő szénnek csak egy apró töredékét teszi ki, amely bomlása és keletkezése miatt folyamatosan cserélődik. A radioaktív szén ugyanakkor hajlamos felhalmozódni a fákban és más fotoszintetizáló növényekben, amelyek szén-dioxidként veszik fel a levegőből az izotópot.

A kutatók az 1950-es évek óta tudják, hogy a fák évgyűrűiben a szén-14 koncentrációja változó lehet. A közelmúltig azonban viszonylag nagy mennyiségű cellulózra volt szükség az ilyen elemzésekhez, ezért a legtöbb mérés öt-tíz évnyi évgyűrűn alapult. Az ilyen kutatások a légköri szén-14 markáns növekedését jelezték a nyolcadik század végén, ezért Mijake elkezdte vizsgálni az egyes évgyűrűket, amelyek időszámításunk szerint 750–820 közöttről származtak. Ehhez egy újfajta tömegspektrometriás technológiát használt, amely sokkal kisebb mennyiségben is képes kimutatni az izotópot, így éves mérésekre is alkalmasnak bizonyult.

Bár sokan nem látták különösebb értelmét a munkának, Mijake erőfeszítései kifizetődtek. A kutató és kollégái rendellenesen magas szén-14 mennyiséget igazoltak a 775-ös évre vonatkozóan. Azóta a szakértők további „Mijake-eseményeket” és felfedeztek más évgyűrűkben. Hat eseményt, amelyek közül a legkorábbi időszámításunk előtt 7176-ra tehető, különösen alaposan tanulmányoztak. A Mijake-eseményeket többek közt különböző történelmi események, például a vikingek Amerikába érkezésének datálására használták fel eddig.

Honnan jönnek?

Az események kozmikus eredete azonban továbbra is rejtélyes. Az általános konszenzuson kívül, miszerint ezeket nagy energiájú kozmikus sugárzás okozza, a rengeteg teória létezik azzal kapcsolatban, hogy mi lehet a részecskék forrása: a Nap, egy közeli szupernóva vagy neutroncsillag, vagy akár a Föld találkozása egy üstökössel egyaránt felmerült magyarázatként a különböző események kapcsán.

Tim Jull, az Arizonai Egyetem geológusa, aki nem vett részt a kutatásban, elmondása szerint a Mijake-jelenségek magyarázataként általában hatalmas napkitöréseket szoktak felhozni. Ilyenek jelenleg is előfordulnak, bár szerencsére csak nagyon ritkán találják el a Földet. A naptevékenység és a Földön detektált szén-14 ingadozás közötti kapcsolatot azonban jelentősen bonyolítja az a tény, hogy Nap védő szerepet is játszik: mágneses mezője segít megvédeni a Földet a Naprendszeren túlról érkező nagy energiájú részecskéktől, és összességében inkább csökkenti, mint növeli a kozmikus forrásokból származó szén-14 mennyiségét. Ez az „árnyékolás” különösen hangsúlyos a 11 éves napciklus csúcspontján, amikor a Nap mágneses mezője a legerősebb.

Benjamin Pope, az ausztrál Queenslandi Egyetem csillagásza szerint csak egy dolog biztos a Mijake-események kapcsán: ilyenkor a Földet nagy energiájú részecskék érik el, és ezek hatásai felülmúlják az 1989-es, Québecet megbénító eseményt. Pope és kollégái nemrégiben több mint 60 darab fa anyagát elemezték négy kontinensről, hogy feltárják a megnövekedett szén-14 forrását. És a csapat nagyon meglepő eredményekről számolt be a Proceedings of the Royal Society A című folyóiratban.

Ha a szén-14 évgyűrűkben jellemző szintjét az idő függvényében ábrázoljuk, egy Mijake-esemény általában olyan, mint egy szikla, amelynek egyik oldala majdnem függőleges, a másik oldalán viszont sokkal fokozatosabban lejt.

Ugyanakkor ez a lecsengés nem írható az izotóp radioaktív bomlásának számáljára, mert az évtizedek helyett évezredek alatt megy végbe. Pope szerint ez inkább annak tudható be, hogy a földi szén – akár radioaktív, akár nem – folyamatosan áramlik a környezetben. Először a légkörben ugrik meg egy radioaktív szén szintje, de a többlet idővel az óceán fenekén lévő üledékekben köt ki.

Naptevékenységi rejtélyek

A Mijake-események időzítésének és időtartamának jobb megértéséhez tehát jobban meg kellett érteni a globális szénciklusban részt vevő szén-14 viselkedését is. Pope és társai pontosan ezt tették, modellezték hogyan áramlik a szén a légkörben, a bioszférában, az óceánokban és a más helyeken, választ keresve arra a kérdésre, hogy ha szén-14 kerül a légkörbe, az hová kerül és mikor.

Pope és csapata egy sor Mijake-eseményt szimulált. Elemzésük alapján a legtöbb ilyen jelenség rövid, és a csaknem azonnali szén-14 „tüskék” jellemzik. Volt azonban a történelem során két esemény, amely időben jelentősen elhúzódott. Ezek körül az egyik, amely i. e. 663-ban kezdődött, nagyjából három évig tartott. Ez pedig igen zavarba ejtő, mivel a naptevékenység felelősnek tekintett eseményei, a napkitörések vagy koronakidobódások általában csak néhány napig vagy hétig tartanak, így kiugró mértékben csak egy évgyűrűben emelik meg a szén-14 szintjét.

Az elhúzódó eseményekre több magyarázat is létezik. Az egyik opció, hogy ezek is a Napból eredeztethetők, de a Föld mágneses mezőjének összetettsége miatt a nagy energiájú részecskék egy része átmenetileg csapdába esik a légkör felső rétegeiben, és onnan több éven keresztül „adagolódnak” a légkörbe. Kérdés persze, hogy ha ez tényleg így van, miért nem történik meg gyakrabban. Egy másik opció, hogy a fák élettani sajátosságai állnak a háttérben. Amikor a fák tavasszal növekedésnek indulnak, bizonyos esetekben a sejtjeikben már elraktározott tápanyagokra támaszkodnak. Ez okozhatja azt, hogy egy látszólag rövid ideig tartó esemény, mint például a szén-14 megnövekedett szintje, a fák évgyűrűit vizsgálva elhúzódónak tűnik.

És természetesen annak a lehetősége is fennáll, hogy a több éves Mijake-események ténylegesen elnyúlnak időben. Mijake és kollégái például felvetették, hogy ilyenkor napkitörések sorozata állhat a háttérben. Ezzel is van azonban egy gond: Pope és csapata igazolta, hogy a napkitörések négyszer nagyobb valószínűséggel fordulnak elő a naptevékenységi maximum körül, mint a napminimum körül. Így az lenne a logikus, hogy a Mijake-események a napciklus csúcspontja körül csoportosulnak.

Így az eredettel kapcsolatban felmerülhet egy másik lehetőség is: vagyis hogy a Mijake-eseményeknek nincs is közük a Naphoz – vagy legalábbis nem úgy, ahogy elsőre gondolták a kutatók. Pope és társai felvetették, hogy az ilyen események éppen hogy a napciklus minimumához, illetve a gyengébb napciklusokhoz kötődnek, amikor a Nap mágneses mezője meggyengül, és így a csillagközi térből több nagy energiájú részecske érheti el a Földet. Ezzel kapcsolatban i. e. 5480 körül találtak is egy évgyűrű-sorozatot, amelyben folyamatos emelkedés figyelhető meg a szén-14 szintjében. Bár ezt a jelet általában nem tekintik Mijake-eseménynek, a szakértők szerint lehetséges, hogy azt egy rendkívül gyenge naptevékenységgel jellemezhető időszak okozhatta.

***

A fák évgyűrűin kívül másutt is lehetséges válaszokat keresni a Mijake-eseményekkel kapcsolatban. Több kutató a sarki jégből vett furatmintákat elemez ebből a célból, berillium-10 és klór-36 izotópokat keresve. Utóbbiak szintén nagy energiájú részecskék hatására keletkeznek a légkörben. A gleccser vagy jégtakaró mélyéről vett furatminták hasonlóan működnek, mint az évgyűrűk, bennük egy-egy tíz centiméternyi szakasz jelképez egy évnyi időt. Ezek viszont méretüknek köszönhetően nagyobb felbontású vizsgálatot tesznek lehetővé, akár hónapos pontossággal is lehetővé téve az események tanulmányozását. Andrew Smith ausztrál fizikus jelenleg is egy ilyen kutatást végez antarktiszi furatmintákon a Mijake-események szempontjából is vizsgálva a jég összetételét.

A Mijake-eseményekkel és eredetükkel kapcsolatban tehát még mindig rengeteg a rejtély, hiszen nagyon korlátozott az adatmennyiség, amellyel dolgozhatnak a szakértők. Pope szerint azonban ennek alapvetően örülhetünk, ugyanis ha most következne be egy olyan esemény, amely annak idején nyomot hagyott a fák évgyűrűin, az katasztrofális hatással lenne bolygónkra.