Radiocarbonio: un tracciante chiave per studiare la dinamo terrestre, il sistema climatico, il ciclo del carbonio e il Sole.

Il radiocarbonio ( ¹⁴ C), in conseguenza della sua produzione nell’atmosfera e successiva dispersione attraverso il ciclo del carbonio, è un tracciante fondamentale per lo studio del sistema Terra. La conoscenza dei livelli precedenti di ¹⁴ C migliora la nostra comprensione dei processi climatici, del Sole, della geodinamo e del ciclo del carbonio. Le curve di calibrazione del radiocarbonio aggiornate di recente (IntCal20, SHCal20 e Marine20) forniscono un’accuratezza senza precedenti nelle nostre stime dei livelli di ¹⁴ C fino al limite di ¹⁴Tecnica C (~55.000 anni fa). Tali dettagli migliorati creano nuove opportunità per sondare la Terra e il sistema climatico in modo più affidabile e su scala più fine. Riassumiamo i progressi che hanno sostenuto questa serie rivista di curve di calibrazione del radiocarbonio, esaminiamo l’ampio panorama scientifico in cui ulteriori dettagli sui ¹⁴ C precedenti forniscono informazioni e identifichiamo le sfide aperte per il futuro.

Il carbonio-14 o radiocarbonio, un isotopo radioattivo prodotto nell’alta atmosfera dai raggi cosmici, viene rapidamente incorporato nel ciclo del carbonio terrestre e fornisce un modo per calcolare l’età dei materiali contenenti carbonio vecchi di 55.000 anni. Sicuramente da rivedere i recenti progressi che hanno permesso la costruzione di migliori curve di calibrazione dell’età del radiocarbonio e discutere le nuove intuizioni sui processi climatici, il Sole, la geodinamo terrestre e il ciclo del carbonio che sono emerse da questi sforzi.

È stato a lungo riconosciuto che il radiocarbonio ( ¹⁴ C) fornisce un metodo di datazione essenziale che copre gli ultimi 55.000 anni. Tuttavia, l’ulteriore ruolo del ¹⁴ C come tracciante diagnostico in tutta la Terra e nel sistema climatico è spesso meno apprezzato. Il radiocarbonio è formato da particelle cosmiche e quindi disperso in più compartimenti del sistema terrestre. Di conseguenza, una conoscenza accurata dei livelli precedenti di ¹⁴ C consente direttamente nuove scoperte e fornisce connessioni tra ampie aree di ricerca. I recenti progressi nella conoscenza del passato ¹⁴ C e le intuizioni risultanti migliorano la nostra comprensione dei processi climatici, dell’attività solare, della geofisica e del ciclo del carbonio. Misure che forniscono una migliore risoluzione nelle variazioni di¹⁴ C ci permettono di saperne di più su come questi componenti del sistema operano e interagiscono.

La produzione di radiocarbonio è modulata dalle proprietà magnetiche del vento solare, portando a una minore produzione durante le fasi di alta attività solare e rendendo il ¹⁴ C atmosferico uno specchio dell’attività solare. Al contrario, brevi massimi di produzione di ¹⁴ C sono stati recentemente identificati e attribuiti a esplosioni di particelle energetiche solari a breve termine. I confronti di ¹⁴ C con altri isotopi cosmogenici, come ¹⁰ Be e ³⁶ Cl nelle carote di ghiaccio polare, consentono progressi sostanziali nel documentare il comportamento passato del Sole, precedentemente poco compreso dagli astronomi. Queste recenti scoperte astrofisiche sono importanti al di là del mondo accademico perché i rapidi eventi meteorologici solari e spaziali potrebbero danneggiare gravemente la tecnologia attuale.

Il radiocarbonio consente inoltre di conoscere il campo magnetico terrestre, dalla quasi inversione dell’escursione geomagnetica di Laschamps fino a perturbazioni più piccole, inclusa la caduta negli ultimi secoli. Anche in questo caso, il confronto con altri isotopi cosmogenici fornisce inferenze chiave sulle variazioni paleomagnetiche, che sono ancora difficili da simulare con i modelli geodinamo.

Infine, ¹⁴ C offre una maggiore comprensione del ciclo del carbonio e dei suoi feedback e risposte ai cambiamenti climatici. Il radiocarbonio consente l’identificazione di flussi di CO ₂ come il rilascio di carbonio permafrost. Consente inoltre di conoscere il ruolo dell’oceano nel cambiamento climatico attraverso la stima dei cambiamenti nel tempo di permanenza del carbonio al suo interno e dei cambiamenti nella circolazione di ribaltamento meridionale durante gli eventi climatici improvvisi.

Inoltre, i miglioramenti di accompagnamento nelle nostre registrazioni di altri nuclidi cosmogenici e ricostruzioni paleomagnetiche, in combinazione con i progressi della modellazione, consentiranno l’identificazione di feedback chiave all’interno della nostra Terra e del nostro sistema climatico. Ciò chiarirà le catene causali e consentirà di testare ipotesi chiave, con conseguente miglioramento delle previsioni sui cambiamenti climatici.

RIFERIMENTI:

1 WF Libby, EC Anderson, JR Arnold, Determinazione dell’età mediante contenuto di radiocarbonio: analisi mondiale del radiocarbonio naturale. Scienza 109 , 227-228 (1949).

2 Q. Hua, M. Barbetti, AZ Rakowski, Radiocarbonio atmosferico per il periodo 1950-2010. Radiocarbonio 55 , 2059–2072 (2013).

3 H. Graven, RF Keeling, J. Rogelj, Modifiche agli isotopi di carbonio nella CO ₂ atmosferica nell’era industriale e nel futuro. Biogeochimica globale. Cicli 34 , GB006170 (2020).

4 P. Köhler, Utilizzo dell’effetto Suess sull’isotopo stabile del carbonio per distinguere il futuro dal passato nel radiocarbonio. ambiente. Ris. Lett. 11 , 124016 (2016).

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