Maan magneettikenttä ohjaa aurinkomyrskyjen hiukkaset maan ilmakehään pääosin arktisten alueiden kautta. Ilmiön näkyvin seuraus ovat revontulet. Tarpeeksi suurienergiset hiukkaset voivat tuottaa ilmakehässä ydinreaktioiden kautta myös hiilen radioaktiivista isotooppia eli radiohiiltä (¹⁴C). Radiohiili liittyy osaksi ilmakehän hiilidioksidia ja päätyy yhteyttämisen kautta puun vuosirenkaisiin eli vuosilustoihin.

Hiljattain Japanissa havaittiin, että puun vuosilustoissa näkyy poikkeuksellinen radiohiilipitoisuuden nousu vuonna 775. Helsingin yliopiston ja Luonnonvarakeskuksen (Luke) tutkijat tarttuivat mahdollisuuteen mitata ilmiö lähempänä magneettista pohjoisnapaa.

Vuo­si­lus­to­ka­len­te­ri apu­na

Tutkimuksen mahdollisti Luken kokoama vuodentarkka puun kasvunvaihtelun kronologia eli lustokalenteri. Subfossiilisten – eli sellaisenaan säilyneiden – runkojen lustosarja kattaa viimeiset 7600 vuotta. Puut on sukellettu pienistä pohjoisen järvistä, joista Luke on kerännyt ja taltioinut näytteitä 1990-luvulta saakka.

– Puu on menneisyyden muistitukki, sanailee Helsingin yliopiston Ajoituslaboratorion johtaja Markku Oinonen Luonnontieteellisestä keskusmuseosta Luomuksesta.

Puun vuosirenkaista on hänen johtamissaan hankkeissa viime vuosina tuotettu lukemattomia isotooppimäärityksiä ja niiden myötä päästy monitieteisesti avaamaan menneisyyden ilmiöitä.  

Radiohiilitieto saadaan puusta vuolemalla kunkin vuoden aikana kasvanut puumateriaali erillisiksi näytteiksi, muuntamalla ne ensin selluloosaksi ja sitten polttamalla ja kemiallisen pelkistyksen avulla puhtaaksi hiileksi, josta radiohiilen osuus pystytään määrittämään. Nyt julkaistussa tutkimuksessa prosessiin osallistui Luonnonvarakeskuksen Rovaniemen laboratorio ja Helsingin yliopiston Ajoituslaboratorio ja Kiihdytinlaboratorio.

Vah­vin sig­naa­li ark­ti­sil­la alueil­la

– Näemme vuoden 775 tienoolla voimakkaimman radiohiilisignaalin juuri Lapin puiden vuosirenkaissa, ja pienimmän matalilla leveysasteilla, kertoo hankkeen tohtorikoulutettava Joonas Uusitalo.

Tutkimuksessa havaittu radiohiilisignaalin vaihtelu eri leveysasteilla ja lyhyt kesto viittaavat vahvasti aurinkoon ilmiön alkulähteenä – vastaavaa ei supernova, gammapurkaus tai komeetta saisi aikaan.

Radiohiilipitoisuudet määritettiin useiden vuosien ajalta sekä ensimmäistä kertaa kunkin vuoden sisäisesti kevät- ja kesäpuusta. Tulosten tulkinnassa hyödynnettiin Oulun yliopiston tutkijoiden kehittämää teoreettista mallia radiohiilen synnystä. Tulosten mukaan aurinkopurkaus tapahtui jo kevään 774 aikana.

– Kyseessä on voimakkain tunnettu aurinkomyrsky. Jos vastaava tapahtuisi nyt, se johtaisi dramaattisiin seurauksiin, kuten nykyaikaisten navigaatio- ja viestintäsatelliittien vaurioihin ja astronauttien kuolemiin avaruudessa, sanoo professori Ilya Usoskin Oulun yliopistosta.

Vakavien seurausten vuoksi on tärkeää arvioida aurinkomyrskyjen voimakkuutta ja mahdollista esiintymistiheyttä. Professorin mukaan näin voimakkaat aurinkomyrskyt ovat onneksi hyvin harvinaisia, niiden esiintymistiheys on yksi useiden tuhansien vuosien aikana. Vastaava voi kuitenkin tapahtua milloin tahansa.

– Lapin puut tarjoavat erittäin herkän ”välineen” tutkia menneisyyden aurinkomyrskyjä, professori Usoskin vahvistaa.  Arktiselta alueelta saatu vahva signaali korostaa pohjoisen puista kootun vuosilustokalenterin merkitystä auringon aiemman käyttäytymisen tutkimuksessa.

Tark­ko­ja ajan­koh­tia men­nei­syy­den ta­pah­tu­mil­le

– Tavoitteenamme on edelleen laajentaa vuosirengastutkimusta alkuaineanalyysien ja tiheysmittausten suuntaan. Tällöin pystymme tuottamaan ainutlaatuisia sormenjälkiä puun vuosirenkaissa näkyvien ilmiöiden ajankohdista, kuten tulivuorten purkauksista, metsäpaloista ja saasteista, kaavailee Oinonen.

Nyt julkaistu tutkimus on tehty Helsingin yliopiston Ajoituslaboratorion ja Luonnonvarakeskuksen konsortiohankkeena ja mukana on ollut Oulun yliopiston, Sodankylän geofysiikan observatorion, ja Pietarin Ioffe-instituutin tutkijoita. Tutkimusta on rahoittanut Suomen Akatemia.

Tutkimus on julkaistu Nature Communications -julkaisusarjassa: https://www.nature.com/articles/s41467-018-05883-1

Lisätiedot:
Joonas Uusitalo, FM
tohtorikoulutettava
Helsingin yliopisto
Ajoituslaboratorio, Luonnontieteellinen keskusmuseo LUOMUS
joonas.uusitalo@helsinki.fi
050 3187296

Samuli Helama, FT
tutkija
Luonnonvarakeskus
samuli.helama@luke.fi
029 532 5047 

Ilya Usoskin, FT
professori
Oulun yliopisto
ilya.usoskin@oulu.fi
050 344 1247