Erupções de partículas do Sol podem devastar nossa camada de ozônio

As notáveis auroras vistas no início de maio deste ano demonstraram o poder das tempestades solares, mas ocasionalmente o Sol faz algo muito mais destrutivo. Conhecidas como "eventos de partículas solares" (SPEs, na sigla em ingês), essas erupções de prótons diretamente da superfície do Sol podem ser como um holofote no espaço.

Registros mostram que a cada mil anos aproximadamente a Terra é atingida por um evento de partículas solares extremo, que pode causar danos graves à camada de ozônio e aumentar os níveis de radiação ultravioleta (UV) na superfície.

Analisamos o que acontece durante um evento extremo desses em um artigo publicado recentemente. Também mostramos que, em momentos em que o campo magnético da Terra está mais fraco, esses eventos podem ter um efeito dramático sobre a vida em todo o planeta.

O escudo magnético da Terra

O campo magnético da Terra fornece um escudo de proteção crucial para a vida, desviando a radiação eletricamente carregada do Sol. No estado normal, ele funciona como uma ímã gigantesco com linhas de campo que se elevam de um polo, dão a volta e mergulham de volta no outro polo, em um padrão às vezes descrito como uma "toranja invertida". A orientação vertical nos polos permite que parte da radiação cósmica ionizante penetre até a atmosfera superior, onde interage com as moléculas de gás da atmosfera para criar o brilho que conhecemos como aurora.

Entretanto, este campo muda muito com o tempo. No século passado, o polo magnético norte percorreu o norte do Canadá a uma velocidade de cerca de 40 quilômetros por ano, e o campo enfraqueceu mais de 6%. Os registros geológicos mostram que houve períodos de séculos ou milênios em que o campo geomagnético esteve muito fraco ou até mesmo totalmente ausente.

Podemos ver o que aconteceria sem o campo magnético da Terra observando Marte, que perdeu seu campo magnético global em um passado distante e, consequentemente, a maior parte de sua atmosfera. Em maio, não muito tempo depois da aurora, um forte evento de partículas solares atingiu Marte. Esse evento interrompeu a operação da sonda Mars Odyssey e causou níveis de radiação na superfície de Marte cerca de 30 vezes mais altos do que os que você receberia em uma radiografia do tórax.

O poder dos prótons

A atmosfera externa do Sol emite um fluxo constante e flutuante de elétrons e prótons conhecido como "vento solar". No entanto, a superfície do Sol também emite esporadicamente rajadas de energia, principalmente prótons, em eventos de partículas solares, que geralmente estão associados a erupções solares.

Os prótons são muito mais pesados que os elétrons e carregam mais energia, por isso atingem altitudes mais baixas na atmosfera da Terra, excitando as moléculas de gás no ar. Entretanto, essas moléculas excitadas emitem apenas raios X, que são invisíveis a olho nu.

Centenas de eventos fracos de partículas solares ocorrem a cada ciclo solar (cerca de 11 anos), mas os cientistas encontraram vestígios de eventos muito mais fortes ao longo da história da Terra. Alguns dos mais extremos foram milhares de vezes mais fortes do que qualquer coisa registrada com instrumentos modernos.

Eventos de partículas solares extremos

Esses eventos de partículas solares extremos ocorrem aproximadamente a cada poucos milênios. O mais recente aconteceu por volta de 993 d.C. e foi usado para mostrar que as construções vikings no Canadá usavam madeira cortada em 1021 d.C..

Menos ozônio, mais radiação

Além de seus efeitos imediatos, os eventos de partículas solares podem dar início a uma cadeia de reações químicas na atmosfera superior que pode reduzir o ozônio. O ozônio absorve radiação solar ultravioleta mais intensa, que pode prejudicar a visão e também o DNA (aumentando o risco de câncer de pele), além de influenciar o clima.

Em nosso novo estudo, usamos grandes modelos de computador da química atmosférica global para examinar os impactos de um evento de partículas solares extremo.

Descobrimos que esse tipo de evento poderia reduzir os níveis de ozônio por um ano ou mais, elevando os níveis de radiação UV na superfície e aumentando os danos ao DNA. No entanto, se um evento de prótons solares ocorresse durante um período em que o campo magnético da Terra estiver muito fraco, os danos ao ozônio durariam seis anos, aumentando os níveis de UV em 25% e elevando a taxa de danos ao DNA induzidos pelo Sol em até 50%.

Explosões de partículas do passado

Qual é a probabilidade dessa combinação mortal de campo magnético fraco e eventos de partículas solares extremos? Considerando a frequência com que cada um deles ocorre, parece provável que aconteçam juntos com relativa frequência.

De fato, essa combinação de eventos pode explicar várias ocorrências misteriosas no passado da Terra.

O período mais recente de campo magnético fraco - incluindo uma mudança temporária nos polos norte e sul - começou há 42.000 anos e durou cerca de 1.000 anos. Vários eventos evolutivos importantes ocorreram por volta dessa época, como o desaparecimento dos últimos Neandertais na Europa e as extinções da megafauna marsupial, incluindo wombats e cangurus gigantes na Austrália.

Um evento evolutivo ainda maior também foi associado ao campo geomagnético da Terra. A origem dos animais multicelulares no final do período Ediacarano (565 milhões de anos atrás), registrada em fósseis na cordilheira Flinders, no sul da Austrália, ocorreu após um período de 26 milhões de anos de campo magnético fraco ou ausente.

Da mesma forma, a rápida evolução de diversos grupos de animais na Explosão Cambriana (cerca de 539 milhões de anos atrás) também foi relacionada ao geomagnetismo e aos altos níveis de UV. A evolução simultânea de olhos e carapaças duras em vários grupos não relacionados foi descrita como o melhor meio de detectar e evitar os raios UV prejudiciais que chegam, em uma "fuga da luz".

Estamos apenas começando a explorar o papel da atividade solar e do campo magnético da Terra na história da vida.

Alan Cooper, Distinguished Professor, Charles Sturt University e Pavle Arsenovic, Senior Scientist, University of Natural Resources and Life Science (BOKU)

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