新研究表明神秘的太阳粒子爆炸会破坏臭氧层，使地球在辐射下沐浴数年
今年 5 月初出现的惊人极光表明，太阳风暴可以以辐射的形式释放能量，但有时太阳也会做出更具破坏性的事件。这些被称为“太阳粒子事件”的质子爆炸直接从太阳表面发射，可以像探照灯一样射向太空。记录显示，大约每隔一千年地球就会遭受一次极端太阳粒子事件的袭击，这可能会对臭氧层造成严重破坏，并增加地表紫外线（UV）辐射水平。
我们在7 月 1 日发表于《美国国家科学院院刊》的一篇论文中分析了这种极端事件发生时的情况。我们还表明，当地球磁场较弱时，这些事件可能会对地球上的生命产生巨大影响。
地球的关键磁屏蔽
地球磁场为生命提供了至关重要的保护茧，使来自太阳的带电辐射发生偏转。在正常状态下，它就像一个巨大的条形磁铁，磁力线从一极升起，绕一圈，再从另一极落回，其形状有时被称为“倒置的葡萄柚”。两极的垂直方向使一些电离宇宙辐射能够穿透到高层大气，在那里它与气体分子相互作用，产生我们所知的极光。
然而，随着时间的推移，地磁场会发生很大变化。在过去的一个世纪里，北极以每年约 40 公里的速度穿越加拿大北部，地磁场减弱了6% 以上。地质记录表明，在几个世纪或几千年的时间里，地磁场非常弱，甚至完全消失。
我们可以通过观察火星来了解如果没有地球磁场会发生什么。火星在远古时期就失去了全球磁场，并因此失去了大部分大气层。今年 5 月，在极光出现后不久，一场强烈的太阳粒子事件袭击了火星。它扰乱了火星奥德赛号航天器的运行，导致火星表面的辐射水平比胸部 X 光检查时受到的辐射水平高出约 30 倍。
质子的力量
太阳的外层大气会发出持续波动的电子和质子流，即“太阳风”。然而，太阳表面也会不时地在太阳粒子事件中释放能量爆发，其中大部分是质子，这通常与太阳耀斑有关。
质子比电子重得多，携带的能量也更多，因此它们可以到达地球大气层的较低高度，激发空气中的气体分子。然而，这些被激发的分子只会发射出肉眼看不见的 X 射线。
每个太阳周期（大约 11 年）都会发生数百次弱太阳粒子事件，但科学家在地球历史上发现了更强烈事件的踪迹。其中一些最极端的事件比现代仪器记录的任何事件都要强烈数千倍。
极端太阳粒子事件
这些极端太阳粒子事件大约每隔几千年就会发生一次。最近的一次发生在公元 993 年左右，它被用来证明加拿大的维京建筑使用的是公元 1021 年砍伐的木材。
臭氧减少，辐射增加
除了直接影响之外，太阳粒子事件还会在高层大气中引发一系列化学反应，从而消耗臭氧层。臭氧会吸收有害的太阳紫外线辐射，而紫外线会损害视力和 DNA（增加患皮肤癌的风险），并影响气候。
在我们的新研究中，我们使用全球大气化学的大型计算机模型来研究极端太阳粒子事件的影响。
我们发现，这样的事件可能会使臭氧水平在一年左右的时间内耗尽，从而提高地表紫外线水平并增加 DNA 损伤。但如果太阳质子事件发生在地球磁场非常弱的时期，那么臭氧损伤将持续六年，紫外线水平将增加 25%，太阳引起的 DNA 损伤率将提高 50%。
来自过去的粒子爆炸
弱磁场和极端太阳质子事件的致命组合有多大可能性？考虑到它们各自发生的频率，它们同时发生的可能性似乎相对较高。
事实上，这一系列事件也许可以解释地球过去发生的一些神秘事件。
最近的弱磁场时期（包括南北极的短暂转换）始于 42,000 年前，持续了约 1,000 年。这段时间发生了几件重大的进化事件，例如欧洲最后一批尼安德特人的消失以及澳大利亚袋熊和袋鼠等有袋类巨型动物的灭绝。
地球磁场还与一次更大规模的进化事件有关。南澳大利亚弗林德斯山脉的化石记录显示，埃迪卡拉纪末期（距今 5.65 亿年前）的多细胞动物的起源，是在 2600 万年的磁场较弱或缺失之后发生的。
同样，寒武纪生命大爆发（约 5.39 亿年前）期间各种动物群体的快速进化也与地磁和高紫外线水平有关。多个不相关群体同时进化出眼睛和坚硬的体壳，这被描述为检测和避免有害紫外线的最佳手段，即“逃避光线”。
我们才刚刚开始探索太阳活动和地球磁场在生命历史中的作用。
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