Bukti Cincin Pohon Dari Peristiwa Carrington Tahun 1859

Sebuah kelompok penelitian yang dikoordinasikan oleh Universitas Helsinki mampu mengukur lonjakan konsentrasi radiokarbon pada pepohonan di Lapland yang terjadi setelah suar Carrington. Penemuan ini membantu mempersiapkan diri menghadapi badai matahari yang berbahaya.

Peristiwa Carrington tahun 1859 adalah salah satu badai matahari terbesar yang tercatat dalam dua abad terakhir. Hal tersebut terlihat dari pancaran cahaya putih pada kelompok bintik matahari raksasa, kebakaran pada stasiun telegraf dan gangguan pengukuran geomagnetik, serta aurora bahkan di daerah tropis.

Dalam studi bersama yang dilakukan oleh Universitas Helsinki, Institut Sumber Daya Alam Finlandia, dan Universitas Oulu, tanda peningkatan konsentrasi radiokarbon pasca badai Carrington terdeteksi untuk pertama kalinya di lingkaran pohon. Sebelumnya, jejak radiokarbon hanya terdeteksi dari badai matahari yang jauh lebih dahsyat.

Penemuan melalui penanda kosmik

Pertemuan antara awan magnet kuat dari partikel bermuatan yang dilepaskan dari Matahari, yang dikenal sebagai solar plasma arus, dan medan geomagnetik bumi mengakibatkan badai geomagnetik. Medan geomagnetik mengarahkan partikel badai matahari ke atmosfer terutama melalui wilayah Kutub. Akibat yang paling terlihat dari fenomena tersebut adalah aurora.

Di atmosfer bagian atas, partikel berenergi cukup tinggi, melalui reaksi nuklir, juga dapat menghasilkan radiokarbon (¹⁴C), isotop karbon radioaktif. Selama berbulan-bulan dan bertahun-tahun, radiokarbon berakhir di atmosfer bagian bawah sebagai bagian dari karbon dioksida di atmosfer, dan akhirnya masuk ke tumbuhan melalui fotosintesis. Proses fotosintesis mengawetkan informasi yang terkandung dalam karbon dioksida di lingkaran tahunan pohon.

Untuk mendapatkan informasi yang dimiliki oleh radiokarbon, sampel diekstraksi dengan cara diukir dari bahan kayu yang ditanam selama beberapa tahun. Sampel diolah menjadi selulosa dan selulosa menjadi karbon murni melalui pembakaran dan reduksi kimia. Fraksi radiokarbon dalam karbon murni diukur menggunakan akselerator partikel.

“Radiokarbon seperti penanda kosmik yang menggambarkan fenomena yang berhubungan dengan Bumi, tata surya, dan luar angkasa,” kata Markku Oinonen, Direktur Laboratorium Kronologi Universitas Helsinki, yang memimpin penelitian ini.

Memetakan badai matahari

Badai matahari yang berhubungan dengan peristiwa Carrington di zaman modern akan mengganggu jaringan listrik dan seluler serta menyebabkan masalah besar bagi sistem satelit dan navigasi, yang menyebabkan masalah, misalnya, lalu lintas udara. Inilah sebabnya mengapa pengetahuan akurat tentang perilaku matahari bermanfaat bagi masyarakat.

Badai matahari yang lebih kecil dan lebih sering terjadi dibandingkan badai Carrington dapat dipelajari dengan alat pengukur dan satelit saat ini, sedangkan badai matahari yang lebih besar dapat diselidiki, misalnya dengan mengukur konsentrasi radiokarbon di lingkaran pohon.

Sejauh ini, belum mungkin untuk mempelajari secara spesifik badai berukuran sedang seperti peristiwa Carrington, yang tidak terjadi di zaman modern, dengan menggunakan teknik radiokarbon konvensional. Studi terbaru ini membuka potensi cara baru untuk menyelidiki frekuensi badai sebesar Carrington, yang dapat membantu mempersiapkan diri dengan lebih baik dalam menghadapi ancaman di masa depan.

Informasi yang semakin akurat mengenai siklus karbon

Hasilnya diinterpretasikan menggunakan model numerik produksi dan transportasi radiokarbon yang dikembangkan oleh para peneliti di Universitas Oulu.

“Model transportasi karbon atmosfer dinamis dikembangkan secara khusus untuk menggambarkan perbedaan geografis dalam distribusi radiokarbon di atmosfer,” kata Peneliti Postdoctoral Kseniia Golubenko dari Universitas Oulu.

Hal yang penting dalam penelitian yang diterbitkan baru-baru ini adalah perbedaan kandungan radiokarbon pohon di Lapland dengan pohon di lintang rendah. Pengukuran pertama dilakukan di Laboratorium Akselerator Universitas Helsinki, sedangkan pengukuran berulang yang dilakukan di dua laboratorium lain secara signifikan mengurangi ketidakpastian sebelumnya.

Penemuan ini dapat membantu untuk lebih memahami dinamika atmosfer dan siklus karbon sejak sebelum emisi bahan bakar fosil yang dihasilkan manusia, sehingga memungkinkan pengembangan model siklus karbon yang semakin rinci.

“Ada kemungkinan bahwa kelebihan radiokarbon yang disebabkan oleh jilatan api matahari terutama diangkut ke atmosfer yang lebih rendah melalui wilayah utara, bertentangan dengan pemahaman umum tentang pergerakannya,” kata Peneliti Doktoral Joonas Uusitalo dari Laboratorium Kronologi.

Sumber radiokarbon lainnya

“Mungkin juga perubahan siklus produksi radiokarbon di bagian atas atmosfer yang disebabkan oleh variasi aktivitas matahari telah mengakibatkan perbedaan lokal pada permukaan tanah seperti yang terlihat dalam temuan kami,” tambah Uusitalo.

Menurut Uusitalo, sebagian besar radiokarbon dihasilkan oleh sinar kosmik galaksi yang datang dari luar tata surya, meskipun badai matahari yang sangat kuat menghasilkan semburan isotop di atmosfer. Sinar kosmik, pada gilirannya, dilemahkan oleh angin matahari, aliran partikel terus menerus yang berasal dari Matahari yang berfluktuasi antara kuat dan lemah dalam siklus 11 tahun.

Topik ini memerlukan penelitian lebih lanjut. Catatan sejarah menunjukkan bahwa badai geomagnetik yang signifikan juga terjadi pada tahun 1730 dan 1770, itulah sebabnya pelacakan badai tersebut kemungkinan besar akan menjadi fokus berikutnya.

Referensi: “Pengimbangan Sementara Dalam 14C Seletah Perisatiwa Carrington Direkam oleh Cincin Pohon Kutub” oleh Joonas Uusitalo, Kseniia Golubenko, Laura Arppe, Nicolas Brehm, Thomas Hackman, Hisashi Hayakawa, Samuli Helama, Kenichiro Mizohata, Fusa Miyake, Harri Mäkinen, Pekka Nöjd, Eija Tanskanen, Fuyuki Tokanai, Eugene Rozanov, Lukas Wacker, Ilya Usoskin dan Markku Oinonen, 05 Maret 2024, Surat Penelitian Geofisika.
DOI: 10.1029/2023GL106632

Studi yang baru-baru ini diterbitkan ini dilakukan sebagai proyek kolaborasi Laboratorium Kronologi dan Departemen Fisika Universitas Helsinki, dan Institut Sumber Daya Alam Finlandia. Peneliti dari Universitas Oulu, Universitas NagoyaUniversitas Yamagata dan ETH Zurich juga berkontribusi dalam penelitian ini. Studi ini mendapat dana dari Dewan Penelitian Finlandia, Yayasan Kebudayaan Finlandia dan Yayasan Emil Aaltonen.