历史上曾有3次“毁灭性”的太阳风暴

2022-01-11 08:10

　　1859年的卡林顿事件是有观测记录以来人类经历过最剧烈的一次太阳风暴，然而2012年，日本名古屋大学的三宅芙沙带领的研究团队发现，公元775年左右发生了一次超级太阳风暴，强度是卡林顿事件的10倍到100倍。这些超级太阳风暴可能来自万年一遇的超级耀斑。如果今天地球被这样的超级耀斑击中，全球联网的社会将会受到毁灭性破坏，所有的电子数据可能都会被抹去。

　　科学家已经发现，超级太阳风暴发生的频率比我们想象的要高得多。最近，科学家在研究近代地质化学史时，发现了历史上存在着另外两次超级太阳风暴的证据。

　　同位素揭示超级太阳风暴

　　一篇已发表的研究论文表明，科学家发现了两次可怕的超级太阳风暴事件，一次发生在公元前7176年，另一次发生在公元前5259年。研究人员认为这两次太阳风暴的强度至少与公元775年的太阳风暴相当。

　　为了寻找这类太阳风暴，研究人员需要对地球极地冰盖样本以及一些古树样本进行化学分析。

　　当太阳粒子撞击地球大气层时，大气层中的多种元素会变成具有放射性的不稳定形式，即变成了同位素。太阳活动所形成的碳14同位素，会被树木在生长过程中吸收。由于树干上的每一圈年轮对应着一个年份，科学家就能据此获知由太阳活动增加所引起的同位素峰值的准确时间，即一圈年轮中的碳14越多，对应年份撞击地球大气层的太阳粒子就越多。

　　通过研究极地冰芯中铍10和氯36的浓度，也可以进行类似的测量，但精度略低。所以，科学家将以上两种方法结合，就可以精确描述太阳活动的历史事件。

　　瑞士苏黎世联邦理工学院的尼古拉斯·布雷姆及其团队正是先发现了冰芯中铍10峰值的初步证据，接下来对年轮数据进行分析，发现了与之对应的碳14峰值，揭示了公元前7176年的太阳耀斑事件。

　　而英格兰历史遗产保护局的科学测年负责人亚历山德拉·贝利斯则注意到公元前5259年考古数据有一个空白，之后在研究这一时期树木年轮中碳14的数据时，发现了另一个峰值。布雷姆说：“这两个时间点上都出现了碳14含量激增。”而且其增长幅度类似于用来确认公元775年太阳耀斑事件中所用的样本。

　　起初，科学家并不确定是什么导致了这些放射性同位素含量的激增。2013年，美国沃什本大学的布赖恩·托马斯领导的一项研究表明，太阳耀斑很可能就是幕后推手。

　　托马斯说：“有人曾认为公元775年的峰值可能来自超新星爆发或是伽马射线暴，但这些现象实在太罕见，不可能导致如此频繁的峰值。所以，这些解释都不如太阳活动的解释合理。”

　　地磁暴往往会伴随而来

　　卡林顿事件中，出现了大规模的地磁暴。

　　剧烈的太阳活动可能伴随着类似卡林顿事件的地磁暴，但强度更大。即便如此，科学家仍不清楚太阳粒子峰值和伴随其产生的地磁暴强度之间的确切关联。托马斯说：“一场强大的太阳风暴往往会伴随着地磁暴，但并非总是如此。”甚至可能像卡林顿事件那样，地磁暴根本不会引起碳14含量的激增。

　　然而有迹象表明，至少公元775年的太阳风暴伴随有强烈的极光，当时的中国也有相关记载。这就说明了大量太阳粒子涌入的同时还伴随有强烈的地磁暴。托马斯说：“我们可以合理假设，所有这些强大的太阳耀斑事件都导致了强烈的地磁暴。”

　　超级太阳耀斑引起的超级太阳风暴带来的最主要的问题，是如果这样的超级太阳耀斑发生在今天，它可能会严重破坏近地轨道上的卫星和地面上的基础设施。1989年3月，一场比卡林顿事件弱得多的地磁暴就使得整个加拿大魁北克省的电网过载，导致了12小时的停电。

　　最近，美国加利福尼亚大学欧文分校的桑吉塔·阿卜杜·乔蒂通过计算发现，如果今天发生一场卡林顿事件级别的太阳风暴，它甚至会导致“互联网末日”。太阳风暴产生的高能粒子很可能会破坏国家之间的海底电缆，使全球互联网中断数周或数月。

　　一些科学家预测，在未来10年，卡林顿级事件发生的概率可能高达12%。我们可以通过监测太阳活动来预测这种级别的太阳风暴，以便在超级太阳风暴和随之而来的地磁暴到来之前关闭卫星和电网。

　　（乔纳森·奥卡拉汉撰文，丁一翻译，据《环球科学》）

来源：科技日报

https://m.gmw.cn/baijia/2022-01/11/1302757744.html

南极缘何出现臭氧空洞

　　地球对于其养育的生命可谓是关怀备至了。太阳光中过量的紫外线对生物有伤害作用，大气层中就有一层很薄的物质——臭氧层，对它进行阻挡，而到达地面的紫外线不仅不会对生物不利，对人类来说，这部分紫外线还能促进钙的吸收，有“天然钙片”的美誉。

　　不过，随着人类活动，特别是氟氯碳化物和海龙等人造化学物质被大量使用，对臭氧层产生了破坏作用，在南北两极上空臭氧数量下降幅度最大。在南极上空，约有2000多万平方公里的区域为臭氧稀薄区，其中14公里至19公里上空的臭氧减少量达50%以上，科学家们形象地将之称为“臭氧空洞”。

　　为什么臭氧空洞只出现在南极，或者说为什么南极的臭氧量下降得特别多呢？首先，南极臭氧洞是一种自然现象，温暖的海水蒸发、电解等生成的氯离子和天然产生的溴都是破坏臭氧层的重要物质。其次是人类活动导致臭氧洞进一步扩大，例如，氯气、氯化物、溴化物的制造使用，人类活动导致的全球变暖使海洋蒸发量加大、热带风暴加剧、海平面上升和地震火山活动增多等。而在南极地区，特殊的自然环境为臭氧空洞的形成推波助澜。原来，在冬季半年里，南极上空有一个深厚的涡旋，气流沿着南极高原作顺时针旋转，把南极大陆封闭起来，从赤道来的富含臭氧的气流进不了南极上空。而在涡旋中上升的空气，在上升过程中气温急剧下降，再加上南极高原本来就海拔高、气温低，因而形成极低的低温环境，臭氧层所在的 20公里高度上的气温常常在零下80℃以下（比北极要低得多）。南极大气涡旋中的空气在上升过程中还会生成大量的冰晶云，云中的冰晶不断吸收扩散到南极的氯氟烃气体，只进不出的堆积效应导致有害成分的浓度越来越高。一旦南极春季（9月）来临，极夜结束，在阳光的照射下冰晶云升温，氯氟烃气体迅速释放，氯氟烃分子在紫外线照射下开始释放氯原子，臭氧层受到破坏的过程立即开始，臭氧层因大量损耗臭氧而出现可怕的臭氧洞。一旦春末南极涡旋残缺或破坏消失，大量富含臭氧的从赤道南下的新鲜空气进入南极上空，臭氧洞便又匆匆消失了。

　　毋庸置疑的是，臭氧空洞的出现严重威胁着南极本已十分脆弱的生物链，而除了人类活动和气象因素外，最新的研究发现，太阳风暴同样会助长臭氧空洞的形成。由于地球两极地磁场的特殊形态，太阳风暴所裹挟的带电粒子能够在这里冲入地球大气层，破坏上层的臭氧层。

　　美国国家航空航天局的研究发现，一旦这些太阳风暴形成的高能带电粒子冲击到上层大气层，就会分解氮气分子，形成氮氧化物。这些氮氧化物可以在几周甚至几个月内长期存在，并破坏高度为15公里至50公里的上层同温层中9%的臭氧。太阳质子还会分解大气层中的水分子，形成氢化物。这些氢化物可以破坏高度为50公里至90公里的中间层中70%的臭氧。但这些氢化物只在发生太阳质子事件时存在。然而，中间层和上层同温层中的臭氧含量较少， 80%以上保护地球的臭氧存在于高度为15公里至35公里的中低层同温层中。美国科学家搜集到的卫星数据表明， 2003年11月发生的一次强太阳风暴对极区上空臭氧层造成了长达8个月的破坏，2004年的臭氧水平已经降低到正常年份春季水平的40%。

　　随着人类对臭氧层研究的深入，对臭氧层消失的担忧已经逐渐减弱。人们已经认识到，臭氧层的变化是一个与多种因素相关的自然过程，自然过程可以对臭氧层的破坏进行修复，但无节制地使用氯氟烃制剂必然导致臭氧层的损失。因此，包括削减碳排放等在内的一系列综合环境保护措施是自然界可持续发展的重要举措，需要持之以恒地执行下去。 （来源于2010年9月17日《中国气象报》 作者：王素琴）

https://www.cma.gov.cn/kppd/kppdqxyr/kppdjsqx/201211/t20121128_192965.html

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