Những vụ nổ từ mặt trời tàn phá tầng ôzôn và làm tăng bức xạ trên Trái Đất

Cực quang đáng chú ý vào đầu tháng 5 vừa qua đã chứng minh sức mạnh mà các cơn bão mặt trời có thể phát ra dưới dạng bức xạ, nhưng đôi khi mặt trời còn có sức tàn phá lớn hơn nhiều. Được gọi là "sự kiện hạt mặt trời", những luồng proton này trực tiếp từ bề mặt mặt trời có thể bắn ra ngoài như đèn pha vào không gian.

Từ trường của Trái Đất (màu xanh) đóng vai trò như một lá chắn chống lại gió Mặt Trời gồm các hạt từ Mặt Trời (màu cam).(Ảnh: Koya 979)

Hồ sơ cho thấy cứ khoảng một nghìn năm, Trái đất lại bị tấn công bởi một sự kiện hạt năng lượng mặt trời cực mạnh, có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho tầng ôzôn và làm tăng mức độ bức xạ cực tím (UV) ở bề mặt. Vào những thời điểm từ trường của Trái đất yếu, những sự kiện này có thể có tác động mạnh mẽ đến sự sống trên khắp hành tinh.

Lá chắn từ trường quan trọng của Trái Đất

Từ trường của Trái Đất cung cấp một lớp kén bảo vệ quan trọng cho sự sống, làm chệch hướng bức xạ tích điện từ mặt trời. Ở trạng thái bình thường, nó hoạt động giống như một nam châm khổng lồ với các đường sức từ tăng lên từ một cực, vòng quanh và lao xuống ở cực kia. Hướng thẳng đứng ở các cực cho phép một số bức xạ vũ trụ ion hóa thâm nhập xuống tận tầng khí quyển trên, nơi nó tương tác với các phân tử khí để tạo ra ánh sáng mà chúng ta gọi là cực quang.

Tuy nhiên, từ trường thay đổi rất nhiều theo thời gian. Trong thế kỷ qua, cực bắc từ đã di chuyển qua miền bắc Canada với tốc độ khoảng 40 km mỗi năm và từ trường đã yếu đi hơn 6%. Hồ sơ địa chất cho thấy, đã có những giai đoạn kéo dài hàng thế kỷ hoặc hàng thiên niên kỷ khi từ trường địa từ rất yếu hoặc thậm chí hoàn toàn không có.

Điều gì sẽ xảy ra nếu không có từ trường Trái Đất giống như sao Hỏa, nơi đã mất từ ​​trường toàn cầu trong quá khứ xa xưa, và phần lớn bầu khí quyển của nó. Hồi tháng 5 vừa qua, không lâu sau cực quang, một sự kiện hạt mặt trời mạnh đã tấn công sao Hỏa. Nó đã làm gián đoạn hoạt động của tàu vũ trụ Mars Odyssey và khiến mức độ bức xạ trên bề mặt sao Hỏa cao hơn khoảng 30 lần so với mức bình thường.

Sức mạnh của proton

Bầu khí quyển bên ngoài của mặt trời phát ra luồng electron và proton dao động liên tục được gọi là "gió mặt trời". Tuy nhiên, bề mặt mặt trời cũng thỉnh thoảng phát ra các luồng năng lượng, chủ yếu là proton, trong các sự kiện hạt mặt trời - thường liên quan đến các đợt bùng phát mặt trời.

Proton nặng hơn nhiều so với electron và mang nhiều năng lượng hơn nên chúng đạt đến độ cao thấp hơn trong khí quyển của Trái Đất, kích thích các phân tử khí trong không khí. Tuy nhiên, các phân tử bị kích thích này chỉ phát ra tia X, vô hình với mắt thường.

Hàng trăm sự kiện hạt mặt trời yếu xảy ra trong mỗi chu kỳ mặt trời (khoảng 11 năm) nhưng các nhà khoa học đã tìm thấy dấu vết của nhiều sự kiện mạnh hơn trong suốt lịch sử Trái đất.

Sự kiện hạt mặt trời cực đoan

Những sự kiện hạt mặt trời cực đoan xảy ra khoảng vài thiên niên kỷ một lần. Sự kiện gần đây nhất xảy ra vào khoảng năm 993 sau Công nguyên và được sử dụng để chứng minh rằng các tòa nhà của người Viking ở Canada sử dụng gỗ cắt vào năm 1021 sau Công nguyên .

Ít ôzôn, nhiều bức xạ

Ngoài tác động tức thời, các sự kiện hạt mặt trời cũng có thể khởi động một chuỗi phản ứng hóa học trong tầng khí quyển trên có thể làm cạn kiệt tầng ozone. Ozone hấp thụ bức xạ UV có hại từ mặt trời, có thể gây hại cho thị lực và cả ADN (làm tăng nguy cơ ung thư da), cũng như tác động đến khí hậu.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã sử dụng các mô hình máy tính lớn về hóa học khí quyển toàn cầu để kiểm tra tác động của một sự kiện hạt mặt trời cực đoan. Họ phát hiện ra rằng, một sự kiện như vậy có thể làm giảm mức độ ozone trong khoảng một năm, làm tăng mức độ tia cực tím trên bề mặt và làm tăng tổn thương ADN. Nhưng nếu một sự kiện proton mặt trời xảy ra trong thời kỳ từ trường của Trái đất rất yếu thì tổn thương ozone sẽ kéo dài sáu năm, làm tăng mức độ tia cực tím lên 25% và tăng tỷ lệ tổn thương ADN do mặt trời gây ra lên tới 50%.

Vụ nổ hạt từ quá khứ

Giai đoạn gần đây nhất của từ trường yếu - bao gồm sự chuyển đổi tạm thời ở cực bắc và cực nam - bắt đầu cách đây 42.000 năm và kéo dài khoảng 1.000 năm. Một số sự kiện tiến hóa lớn đã xảy ra vào khoảng thời gian này , chẳng hạn như sự biến mất của người Neanderthal cuối cùng ở châu Âu và sự tuyệt chủng của động vật có túi lớn bao gồm cả gấu túi khổng lồ và kangaroo ở Úc.

Tương tự như vậy, sự tiến hóa nhanh chóng của các nhóm động vật đa dạng trong Vụ nổ kỷ Cambri (khoảng 539 triệu năm trước) cũng liên quan đến địa từ và mức độ UV cao.