A HUN-REN Atommagkutató Intézet (ATOMKI) kutatói nemrég tértek vissza Kirgizisztán hegyeiről, ahol egy expedíció keretében fúrással jégmagmintákat vettek a hosszú évek alatt felgyűlt hórétegekből. A jégben található trícium izotóp segítségével azt kutatják, milyen hatással van központi csillagunk, a Nap mágneses aktivitása a Föld légkörére. A korábbi expedíciókból származó mérési eredményeket idén nyáron a rangos Journal of Geophysical Research: Atmospheres nevű folyóiratban publikálták.

A Nap felszínén időről időre napfoltok jelennek meg és tűnnek el. Ez a folyamat periodikus, egy napfolt-minimum és a rákövetkező napfolt-maximum teljes időtartama körülbelül 11 év. A napfoltok a Nap mágneses mezejének felszínre bukkanásai, a mágneses erővonalak kitüremkedései; sötétebbek, mint a környező napfelszín. Egy napfolt-maximum után ismét napfolt-minimum következik, de ebben az új ciklusban a napfoltok mágneses tere ellentétes pólusú az előző cikluséhoz képest. A napfolt-maximum felé közeledve a mágneses térerő folyamatosan növekszik. A Nap mágneses tevékenysége hatással van a Földre és a teljes Naprendszerre: a mágneses tér védelmet nyújt a Naprendszeren kívülről érkező nagyenergiájú töltött részecskék (elsősorban protonok és alfa-részecskék) áramával szemben. Ha a Nap mágneses térereje lecsökken, akkor több kozmikus részecske éri el a Földet.

Ha itt a Földön elkapunk és megvizsgálunk egy hidrogén atomot, annak atommagját majdnem biztosan csupán egy proton alkotja. Nagyjából minden tízezredik esetben azonban találunk olyat, ahol a proton mellett egy neutron is van a magban – ez a deutérium. Még ennél is ritkább, 100 millió-milliárd (10¹⁷ db) hidrogénatomból mindössze egy a trícium, amelynek magját egy proton és két neutron alkotja. Ráadásul ez az atommag nem stabil, 12,32 év felezési idővel bomlik. Ez azt jelenti, hogy ha összegyűjtünk egy jó adag trícium atomot, tizenkét év múlva már csak a fele lesz meg, újabb tizenkét év elteltével a negyede és így tovább.

Hasonlóan a többi kozmogén izotóphoz, a trícium természetes módon, a világűr felől érkező kozmikus sugárzás hatására a levegőben lévő nitrogénből magfizikai folyamatok révén keletkezik a Föld magaslégkörében. A hidrogén három változata kémiailag egyformán viselkedik, így a vízmolekulák egy kis részében a normál hidrogén helyett tríciumot találunk. A magaslégkörben keletkező trícium víz formájában csapadékként lehullik és bekerül a földi vízciklusba. A hó formában a mindig hideg területeken lehulló trícium helyben marad, a tetejére évről évre újabb hórétegek kerülnek és így előáll egy idősor. A mélyben már jéggé tömörödött hóból vett fúrt mintát megfelelő mérőeszközök segítségével vallatóra foghatjuk.

Az ATOMKI expedíciói a régóta folyamatosan fagypont alatti helyeket keresik fel a Földön. Vettek már jégmagmintát az Alpok magaslatain, Grönlandon, és legutóbb Kirgizisztán hegyein. Ezeket a jégfúrásokat nem túlzás expedíciónak nevezni, hiszen emberpróbáló körülmények között kell kitartóan dolgozni. A minták feldolgozása és kiértékelése már kellemes környezetben, a kutatóintézet falai között történik. Ez egy nagyon hosszú, odafigyelést és precizitást igénylő feladat. A mérés időigénye miatt az eredményekre akár éveket kell várni.

A kutatók idén nyáron a Journal of Geophysical Research: Atmospheres folyóiratban közzétették az eddigi mérések eredményeit. Vizsgálataik alapján azt találták, hogy a Föld légkörében természetes úton keletkező trícium mennyisége antikorrelációban van a Nap felszínén lévő napfoltok mennyiségével. Vagyis ha sok a napfolt, akkor kevesebb trícium keletkezik, ha kevés a napfolt, akkor több trícium keletkezik. Ezt úgy lehet magyarázni, hogy a sok napfolt idején a Nap mágneses térereje megnő, ami leárnyékolja az űrből jövő kozmikus sugárzás egy részét, így kevesebb kozmikus részecske éri el a földi magaslégkört, miáltal kevesebb trícium keletkezik.

Az idősort a trícium felezési idejének kb. tízszereséig lehet visszafelé vizsgálni, azaz 120 évnél régebbre ezzel a módszerrel nem lehet látni. Van azonban egy másik korlát is, amit figyelembe kell venni. A II. világháború végén megindult és a hidegháború idején csúcsosodó atom- és hidrogénbomba kísérletek, továbbá az egyre szaporodó atomerőművek és más emberi tevékenységek miatt mesterséges eredetű trícium kerül a légkörbe. Ezért a napfoltok és a tríciumkoncentráció közötti összefüggést ezen folyamatok tömeges beindulása, azaz 1953 előtt érdemes csak tanulmányozni, amikor a légköri trícium még nem tartalmazott jelentős mennyiségű mesterséges komponenst.

Az ATOMKI kutatói további expedíciókat terveznek a mindig fagyos helyekre, hogy újabb jégminták mérésével globális képet kapjanak a trícium természetes szintjéről, a napciklus lokális kimutathatóságáról, valamint tovább finomítsák az eddigi megfigyeléseket és modellszámításokat.

• Tudományos közlemény:
  Solar Cycle Detected in Natural Tritium of Ice Layers Before the Nuclear Era,
  Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 130, e2024JD042678 (2025).

• Videó a grönlandi expedícióról: YouTube

Kattintson a képekre a megtekintéshez.

1. Kép: Galilei rajza egy távcsöves napfolt-megfigyelésről (XVII. század).
2. Kép: Fúrás Grönlandon az EastGRIP (www.eastgrip.org) területén.
3. Kép: A fúrással felszínre hozott jégmagot a helyszínen felszeletelik, edényekbe zárják és gondosan elcsomagolják.
4. Kép: A grafikon vízszintes tengelyén az évszámokat látjuk;
   a narancs-színű pontok a napfoltok számát mutatják, amelyet a jobb oldali tengelyen olvashatunk le;
   a fekete pontok a jégmagminta alapján meghatározott trícium mennyiségét jelzik a bal oldali függőleges skálán.
   A jégmagminta ebben az esetben a svájci-olasz Alpok Colle Gnifetti nevű helyéről származik.