Quando o Sol entra em erupção, pode lançar correntes de partículas de elevada energia em direção à Terra, provocando tempestades solares capazes de perturbar satélites, redes elétricas e sistemas de comunicação.
Hoje conseguimos acompanhar estes fenómenos, mas as tempestades mais extremas ocorreram muito antes da existência de instrumentos modernos.
Para as identificar, os cientistas recorrem a um arquivo improvável: os anéis das árvores. Uma nova investigação, liderada por uma equipa da Universidade do Norte do Arizona, demonstra que as árvores não se limitam a registar tempestades solares - por vezes, também tornam os seus sinais menos nítidos.
A forma como as árvores crescem, armazenam carbono e produzem madeira pode diluir estes indícios ao longo de vários anos, o que faz da biologia vegetal uma peça essencial para reconstruir a história do clima espacial da Terra.
As tempestades solares deixam pistas de carbono
As partículas de elevada energia das tempestades solares atingem a atmosfera terrestre e produzem uma forma radioativa rara de carbono, denominada carbono-14.
Durante a fotossíntese, as plantas absorvem dióxido de carbono da atmosfera, enquanto as árvores retêm o carbono na madeira à medida que crescem. Cada anel corresponde a um ano, pelo que os anéis constituem uma cronologia natural.
Aumentos súbitos dos níveis de carbono-14 nos anéis assinalam tempestades solares raras, conhecidas como eventos Miyake. Há vestígios destes acontecimentos em anéis de árvores de muitos continentes.
Algumas tempestades do passado foram muito mais intensas do que qualquer fenómeno registado na era moderna. Perceber como as árvores armazenam carbono ajuda os cientistas a estimar a intensidade que futuras tempestades solares poderão atingir.
As árvores registam o carbono lentamente
Os anéis das árvores funcionam como arquivos naturais, mas a formação de madeira não ocorre imediatamente depois de o carbono entrar nas folhas. No interior de uma árvore, o carbono percorre um caminho complexo.
A fotossíntese produz açúcares, dos quais as árvores guardam uma parte sob a forma de hidratos de carbono não estruturais. Essas reservas podem permanecer armazenadas durante meses, anos ou até décadas antes de serem usadas para formar nova madeira.
“Embora os anéis das árvores sejam uma das nossas melhores ferramentas para ler a história da Terra, não são instrumentos perfeitos”, afirmou a coautora do estudo Amy Hessl, do Departamento de Geologia e Geografia da Universidade da Virgínia Ocidental.
“Este artigo demonstra como a biologia das árvores molda as histórias que elas contam.”
Como o carbono armazenado se mistura com o carbono absorvido recentemente, os picos de radiocarbono causados por tempestades solares podem estender-se por mais de um anel. Esta mistura dificulta a identificação do momento exato do fenómeno.
As estações de crescimento alteram os sinais das tempestades solares
As diferentes espécies de árvores absorvem carbono em alturas distintas do ano. O crescimento e a queda das folhas, bem como a fotossíntese, variam entre climas e espécies.
As árvores de folha caduca apenas realizam fotossíntese durante a época em que têm folhas. As árvores perenes mantêm as agulhas durante todo o ano, mas continuam a seguir padrões sazonais devido às limitações de temperatura e luz.
A absorção de carbono também é influenciada pelo clima local. As florestas de regiões mais quentes absorvem frequentemente carbono durante períodos mais longos do que as florestas de zonas frias.
As diferenças na duração da estação de crescimento modificam o momento em que as árvores recolhem carbono da atmosfera. Os sinais das tempestades solares podem surgir mais cedo ou mais tarde consoante o calendário de crescimento de cada árvore.
A formação da madeira acrescenta outro atraso
O crescimento da madeira, designado xilogenia, só começa quando se verificam determinadas condições de temperatura e humidade. Algumas árvores terminam a produção de madeira no início do verão, ao passo que outras continuam até ao outono.
A madeira inicial forma-se primeiro, seguindo-se a madeira tardia. O carbono utilizado na madeira inicial provém muitas vezes de reservas armazenadas, e não da fotossíntese recente.
Estas diferenças de calendário explicam por que motivo os sinais das tempestades solares podem surgir em vários anéis. Uma tempestade ocorrida no final de um ano pode apresentar os sinais mais fortes durante os períodos de crescimento das estações seguintes.
O armazenamento de carbono molda os registos
As árvores armazenam hidratos de carbono não estruturais sob a forma de açúcares e amidos. Essas reservas acumulam-se nas raízes, nos troncos e nos ramos.
A capacidade de armazenamento varia entre espécies. As árvores de folha caduca costumam possuir reservas de carbono maiores do que as árvores perenes. Parte do carbono armazenado pode ficar por utilizar durante muitos anos.
A investigação indica que o carbono armazenado pode sustentar a respiração, o crescimento das raízes, o desenvolvimento das folhas e a formação de madeira muito depois da sua absorção inicial.
A mistura entre carbono antigo e recente torna menos definidos os sinais acentuados de radiocarbono. Esta perda de nitidez torna-se mais evidente durante acontecimentos extremos, como os eventos Miyake.
“É essencial compreender como as árvores obtêm carbono da atmosfera, o armazenam para utilização futura e depois o usam para produzir nova madeira”, afirmou Mariah Carbone, professora associada de investigação na Universidade do Norte do Arizona.
“A biologia determina até que ponto o sinal atmosférico é preservado com fidelidade.”
A geografia transforma os registos das tempestades solares
A anatomia das árvores também influencia os sinais de carbono. As espécies de porosidade anelar dependem frequentemente mais do carbono armazenado para o crescimento inicial do que as espécies de porosidade difusa.
A latitude é igualmente relevante. As regiões de latitudes mais elevadas registam uma produção mais intensa de carbono-14 durante tempestades solares, devido ao campo magnético terrestre.
O calendário de crescimento e os padrões de armazenamento combinam-se com os efeitos geográficos para moldar os registos dos anéis das árvores.
Esta variação explica as pequenas diferenças de calendário observadas pelos cientistas ao compararem espécies de árvores ou regiões. Compreender estes padrões permite reconstruir com maior rigor a história das tempestades solares.
Benefícios para além do clima espacial
Um conhecimento mais aprofundado das vias do carbono nas árvores traz benefícios que vão além da investigação sobre o clima espacial. A datação por radiocarbono depende de cronologias de carbono precisas.
Uma compreensão mais completa do armazenamento de carbono melhora a datação de sítios arqueológicos e artefactos históricos.
O coautor do estudo Andrew Richardson é ecólogo na Universidade do Norte do Arizona.
“É extraordinário que uma forma de melhorar a nossa compreensão das tempestades solares e da física solar seja entender melhor os processos de crescimento das árvores, algo que, por sua vez, é crucial para aperfeiçoar a utilização do radiocarbono na datação por carbono”, afirmou Richardson.
Preparar a Terra para tempestades extremas
A investigação descrita na revista New Phytologist integra um esforço mais amplo da National Science Foundation.
Os cientistas pretendem determinar quão extremas foram as tempestades solares do passado e o que eventos semelhantes poderiam representar para a tecnologia moderna. Os satélites, os astronautas e os sistemas elétricos continuam vulneráveis a estas tempestades.
As árvores permanecem testemunhas silenciosas da atividade das tempestades solares. Perceber de que modo a madeira regista o carbono ajuda os cientistas a interpretar essa história com maior clareza e confiança.
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