Un groupe de recherche coordonné par l'Université d'Helsinki a pu mesurer un pic de concentration de radiocarbone dans les arbres de Laponie survenu après l'éruption de Carrington. Cette découverte aide à se préparer à de dangereuses tempêtes solaires. L'étude est publiée dans la revue Geophysical Research Letters .
L'événement de Carrington de 1859 est l'une des plus grandes tempêtes solaires enregistrées au cours des deux derniers siècles. Cela a été observé sous la forme d'éruptions de lumière blanche sur un groupe géant de taches solaires, d'incendies dans les stations télégraphiques et de perturbations dans les mesures géomagnétiques, ainsi que d'aurores, même dans les régions tropicales.
Dans une étude conjointe menée par l'Université d'Helsinki, l'Institut des ressources naturelles de Finlande et l'Université d'Oulu, un signe d'augmentation des concentrations de radiocarbone suite à la tempête Carrington a été détecté pour la première fois dans les cernes des arbres. Auparavant, des traces de radiocarbone n'avaient été détectées que lors de tempêtes solaires beaucoup plus intenses.
Les rencontres entre de puissants nuages magnétisés de particules chargées libérées par le soleil, appelés flux de plasma solaire, et le champ géomagnétique terrestre entraînent des tempêtes géomagnétiques. Le champ géomagnétique dirige les particules de la tempête solaire vers l’atmosphère principalement à travers les régions polaires. La conséquence la plus visible du phénomène sont les aurores.
Dans la haute atmosphère, des particules suffisamment énergétiques peuvent, par le biais de réactions nucléaires, également produire du radiocarbone ( 14 C), un isotope radioactif du carbone. Au fil des mois et des années, le radiocarbone se retrouve dans la basse atmosphère sous forme de dioxyde de carbone atmosphérique, et finalement dans les plantes par la photosynthèse. Le processus de photosynthèse préserve l'information contenue dans le dioxyde de carbone dans les cernes annuels des arbres.
Pour obtenir les informations contenues dans le radiocarbone, des échantillons sont extraits par sculpture du bois cultivé au fil des années. Les échantillons sont transformés en cellulose et la cellulose en carbone pur par combustion et réduction chimique. La fraction de radiocarbone dans le carbone pur est mesurée à l'aide d'un accélérateur de particules.
"Le radiocarbone est comme un marqueur cosmique décrivant les phénomènes associés à la Terre, au système solaire et à l'espace", explique Markku Oinonen, directeur du laboratoire de chronologie de l'université d'Helsinki, qui a dirigé l'étude.
Une tempête solaire comparable à l'événement de Carrington à l'époque moderne perturberait les réseaux électriques et mobiles et causerait des problèmes majeurs aux systèmes de satellite et de navigation, entraînant par exemple des problèmes dans le trafic aérien. C'est pourquoi une connaissance précise du comportement solaire profite à la société.
De nos jours, les tempêtes solaires plus petites et plus courantes que les tempêtes de Carrington peuvent être étudiées avec des appareils de mesure et des satellites, tandis que les plus grandes peuvent être étudiées, par exemple en mesurant la concentration de radiocarbone dans les cernes des arbres.
Jusqu’à présent, il n’a pas été possible d’étudier spécifiquement des tempêtes de taille moyenne telles que l’événement de Carrington, qui ne se sont pas produites à l’époque moderne, en utilisant les techniques conventionnelles du radiocarbone. Cette étude récente ouvre une nouvelle façon potentielle d'étudier la fréquence des tempêtes de la taille de Carrington, ce qui pourrait aider à mieux se préparer aux menaces futures.
Les résultats ont été interprétés à l'aide d'un modèle numérique de production et de transport du radiocarbone développé par des chercheurs de l'Université d'Oulu.
"Le modèle dynamique de transport atmosphérique du carbone a été spécifiquement développé pour décrire les différences géographiques dans la répartition du radiocarbone dans l'atmosphère", explique la chercheuse postdoctorale Kseniia Golubenko de l'Université d'Oulu.
Ce qui était significatif dans l'étude récemment publiée était la façon dont la teneur en radiocarbone des arbres de Laponie différait de celle des arbres des latitudes inférieures. Les premières mesures ont été effectuées au Laboratoire des Accélérateurs de l'Université d'Helsinki, tandis que des mesures répétées effectuées dans deux autres laboratoires ont considérablement réduit les incertitudes précédentes.
Cette découverte peut aider à mieux comprendre la dynamique atmosphérique et le cycle du carbone avant les émissions de combustibles fossiles d'origine humaine, permettant ainsi le développement de modèles de cycle du carbone de plus en plus détaillés.
"Il est possible que l'excès de radiocarbone provoqué par l'éruption solaire ait été principalement transporté vers la basse atmosphère à travers les régions du nord, contrairement à la compréhension générale de son mouvement", explique le doctorant Joonas Uusitalo du Laboratoire de Chronologie.
"Il est également possible que le changement cyclique dans la production de radiocarbone dans la haute atmosphère provoqué par la variation de l'activité solaire ait entraîné des différences locales au niveau du sol observées dans nos découvertes", ajoute Uusitalo.
Selon Uusitalo, la fraction dominante du radiocarbone est produite par les rayons cosmiques galactiques provenant de l'extérieur du système solaire, même si des tempêtes solaires exceptionnellement fortes génèrent des explosions individuelles de l'isotope dans l'atmosphère. Les rayons cosmiques, à leur tour, sont affaiblis par le vent solaire, un flux continu de particules provenant du soleil qui fluctue entre plus fort et plus faible selon des cycles de 11 ans.
Le sujet nécessite des recherches plus approfondies. Les documents historiques montrent que d'importantes tempêtes géomagnétiques ont également eu lieu en 1730 et 1770, c'est pourquoi leur suivi sera probablement au centre de l'attention ensuite.
L'étude a été réalisée dans le cadre d'un projet collaboratif du Laboratoire de chronologie et du Département de physique de l'Université d'Helsinki et de l'Institut des ressources naturelles de Finlande. Des chercheurs de l'Université d'Oulu, de l'Université de Nagoya, de l'Université de Yamagata et de l'ETH Zurich ont également contribué à l'étude.
Plus d'informations : Joonas Uusitalo et al, Décalage transitoire à 14°C après l'événement de Carrington enregistré par les cernes des arbres polaires, Geophysical Research Letters (2024). DOI :10.1029/2023GL106632
Informations sur le journal : Lettres de recherche géophysique
Fourni par l'Université d'Helsinki
