Van een middeleeuwse plank naar space weather

Ruimteweer en koolstof 

De onstabiele isotoop van koolstof (14C) wordt voortdurend geproduceerd in de bovenste lagen van de atmosfeer door kosmische straling, die bestaat uit geladen deeltjes met zeer hoge energie. Zulke deeltjesstraling is vooral afkomstig van bijvoorbeeld supernovae in ons melkwegstelsel en daarbuiten, maar ook van enorme uitbarstingen op de zon (SEP, solar energetic particle events).  

Eenmaal geproduceerd verspreidt 14C zich door het aardse systeem via de koolstofcyclus (zie afbeelding 1), en komt uiteindelijk terecht in de biosfeer, en dus in bomen. Met een vervaltijd van ongeveer 5730 jaar kunnen we de in bomen opgeslagen 14C gebruiken ter datering, maar ook om de historische productie van 14C in de atmosfeer, en dus de intensiteit van kosmische straling, te bepalen. 

Middeleeuws hout 

Voor dat laatste doel is oud hout gebruikt, door jaarringen nauwkeurig gedateerd (zie voorbeelden in afbeelding 2). Aldus is bepaald dat in de middeleeuwen twee belangrijke (zogenaamde Miyake) events zijn opgetreden, in de jaren 774-775 en 993-994, waarin de hoeveelheid 14C in hout over de hele wereld een sterke (en significante) piek vertoonde (zie afbeelding 3). Deze pieken kunnen alleen verklaard worden door een abrupte en sterke toename in 14C productie hoog in de atmosfeer. De meest waarschijnlijk verklaring hiervoor zijn extreem grote uitbarstingen op de zon waarbij de atmosfeer wordt blootgesteld aan grote hoeveelheden extra deeltjesstraling. Bij zulke grote zonne-uitbarstingen is sprake van drie gekoppelde fenomenen, een sterke zonnevlam (flare), die zorgt voor extra elektromagnetische straling, de deeltjesstraling van het SEP event, en een coronale massa-uitstoot (CME), met veel langzamere deeltjes, die wanneer deze op de aarde zijn gericht, daar na 1-4 dagen aangekomen voor grote verstoringen in ons magneetveld zorgen.  

Verder is via gedetailleerde analyses vastgesteld dat beide events waarschijnlijk plaatsvonden tijdens het maximum van de 11-jarige zonnecyclus. Voor vier vergelijkbare events geldt hetzelfde, waardoor de Groningse onderzoekers concludeerden dat gigantische CME's afkomstig van de zon hiervan de oorzaak zijn. Een latere studie kon deze bevindingen echter niet bevestigen, dus het laatste woord is hier nog niet over gezegd.  

Betekenis voor onze maatschappij 

Ter vergelijking: het Carrington event van 1859, de welbekende en goed gedocumenteerde zonnevlam die met een zeer intense CME gepaard ging, vond plaats tijdens een maximum in de 11-jarge zonnecyclus, maar opvallend genoeg was deze toch niet sterk genoeg om een toename in 14C in de biosfeer te veroorzaken. Destijds waren er ook nog geen directe of indirecte metingen van SEPs mogelijk. Maar het is waarschijnlijk dat de uitbarstingen op de zon die de Miyake events van 774-775 en 993-994 hebben veroorzaakt vele malen, en wellicht zelf ordes van groottes, intenser waren dan het (ook al sterke) Carrington event van 1859. 

Onze huidige maatschappij is gestoeld op de voortdurende beschikbaarheid van satellietdiensten en elektriciteit. Mocht een Miyake-achtig event nu optreden, dan zal de impact op de maatschappij als geheel niet te overzien zijn. De kans is relatief klein, en bovendien onvoorspelbaar, maar ook kleine kansen worden ooit realiteit.  

Andrea Scifo promoveert op vrijdag 26 september 2025 aan de Universiteit Groningen op dit onderwerp. 

KNMI-klimaatbericht door Richard Bintanja