Étude d'événements solaires extrêmes, de l'activité solaire et du champ géomagnétique pendant la dernière déglaciation à partir du béryllium-10 et du chlore-36 mesurés sur le forage de glace du site de Dôme Talos (Antarctique).

Study of extreme solar events, solar activity and the geomagnetic field during the last deglaciation using beryllium-10 and chlorine-36 measured in the Talos Dome ice core (Antarctica).

• Auteur / Autrice : Ellyn Auriol
• Direction : Edouard Bard, Mélanie Baroni
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement: Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de l'Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEREGE - Centre Européen de Recherche et d'Enseignement des Géosciences de l'Environnement

Mots clés

Mots clés libres

Nucléides cosmogéniques

Archives glaciaires

Climat

Événements solaires extrêmes

Déglaciation

Cosmonuclides

Glaciological archives

Climate

Extreme solar events

Deglaciation

Résumé

L'étude des nucléides cosmogéniques, le béryllium 10 (10Be) et le chlore 36 (36Cl) dans les glaces polaires et le carbone 14 (14C) dans les cernes d'arbres, permet de reconstituer les variations de leur taux de production dans l'atmosphère. Ils sont constamment produits par l'interaction du rayonnement cosmique galactique sur des atomes cibles présents dans l'atmosphère terrestre. Leur taux de production dépend de l'intensité des champs magnétiques du Soleil et de la Terre qui modulent le flux de particules chargées sur Terre. En mesurant les cosmonucléides dans différentes archives, il devient donc possible de reconstituer les variations de l'activité solaire ou celles du champ géomagnétique pour des périodes passées pendant lesquelles les indicateurs directs n'étaient pas encore disponibles. Les cosmonucléides permettent également de détecter des événements solaires singuliers liés à des émissions extrêmes de particules provenant du Soleil. Ces événements extrêmes provoquent une surproduction de cosmonucléides que l'on retrouve dans les archives géologiques au sens large. La découverte de ces pics de production de cosmonucléides remet en question les connaissances des tempêtes solaires qui sont basées sur les observations instrumentales du dernier siècle pendant lequel des éruptions solaires ont été beaucoup plus faibles que celles mises en évidence avec les cosmonucléides. Pourtant, il est nécessaire de déterminer la limite supérieure de l'énergie émise pendant ces événements afin de préparer nos sociétés aux risques qu'elles encourent telles que des pannes sévères ou des coupures d'électricité et des systèmes de télécommunications. La fréquence de ces événements solaires extrêmes est faible, mais les conditions dans lesquelles ils se sont produits restent à déterminer. Il est donc nécessaire d'améliorer nos connaissances afin de pouvoir espérer les prévoir. Un événement solaire extrême a été détecté dans les données de 14C de cernes d'arbres à 14300-14299 ans B.P. (Before Present, avant 1950), suivi d'un minimum d'activité solaire entre 14 000 et 13 900 ans B.P.. Ces nouvelles informations issues du 14C doivent être confirmées par des données indépendantes. A ce jour, il n'existe pas de données de 10Be et de 36Cl de carottes de glace à une résolution suffisante pour discuter de ces deux périodes avec une grande précision. De plus, la détermination du spectre d'énergie d'un événement solaire est basée sur le rapport isotopique 36Cl/10Be. Il est donc primordial d'acquérir de nouvelles données de 10Be et de 36Cl. Un autre événement solaire ayant eu lieu au début de l'Holocène, à 9124 ans B.P., devrait aussi être l'objet d'une telle étude. Le projet de thèse inclura les mesures des concentrations de 10Be et de 36Cl à partir de la carotte de glace provenant du site de Dôme Talos, en Antarctique. Cette étude sera dédiée à la dernière déglaciation et au début de l'Holocène, entre 18 000 et 9 000 ans B.P., avec une focalisation autour de 14 000 et de 9000ans B.P. En parallèle aux changements de l'activité solaire, il faudra aussi tenir compte des variations lentes du champ géomagnétique. De plus, la dernière déglaciation est une période complexe car le cycle du carbone a été modifié, influençant les valeurs du 14C atmosphérique sans lien avec son taux production par le rayonnement cosmique. La comparaison des données de 14C avec les enregistrements des flux de 10Be et de 36Cl devra tenir compte de ces complications, un travail qui pourra être complété par l'utilisation de modèles numériques.

The study of cosmogenic nuclides, beryllium 10 (10Be) and chlorine 36 (36Cl) in polar ice and carbon 14 (14C) in tree rings, allow to reconstruct variations of their production rate in the atmosphere. They are constantly produced by the interaction of galactic cosmic rays on target atoms in the Earths atmosphere. Their production rate depends on the intensity of the magnetic fields of the Sun and the Earth, which modulate the flux of charged particles to Earth. By measuring cosmonuclides in different archives, it becomes possible to reconstruct variations of solar activity or those of the geomagnetic field on long timescales during which direct indicators were not yet available. Cosmonuclides can also be used to detect unusual solar events linked to extreme particle events generated by the Sun. These extreme events lead to an overproduction of cosmonuclides, which can be found, more widely, in geological records. The discovery ofthese peaks in the cosmonuclides production calls into question our knowledge of solar storms, which is based on instrumental observations over the last century, during which solar flares were much weaker than those detected with cosmonuclides. As a result, it is necessary to determine the upper limit of the energy emitted during these events in order to prepare our societies for the risks they run, such as severe blackouts or breakdowns of electricity and telecommunications systems. The frequency of these extreme solar events is low, but the conditions under which they occur remain to be determined. We therefore need to improve our knowledge in order to try to predict them. An extreme solar event has been detected in the 14C tree-ring data at 14,300-14,299 years B.P. (Before Present, before 1950), followed by a minimum of solar activity between 14,000 and 13,900 years B.P.. This new 14C information needs to be confirmed by independent data. To date, there are no 10Be and 36Cl data from ice cores with sufficient resolution to discuss these two periods with precision. In addition, the determination of the energy spectrum of a solar event is based on the 36Cl/10Be isotopic ratio. It is therefore essential to acquire new 10 Be and 36Cl data. Another solar event that took place at the beginning of the Holocene, at 9,124 years B.P., will also be studied. The PhD project will include measurements of 10Be and 36Cl concentrations from the ice core from the Talos Dome site in Antarctica. This study will be dedicated to the last deglaciation and the beginning of the Holocene, between 18,000 and 9,000 years B.P., with a focus on 14,000 and 9,000 years B.P. In parallel with the changes in solar activity, slow variations in the geomagnetic field will also have to be taken into account. In addition, the last deglaciation is a complex period because the carbon cycle was modified, influencing the values of atmospheric 14C without any link to its production rate by cosmic rays. The comparison of 14C data with records of 10Be and 36Cl fluxes will have to take account of these complications, a task that could be complemented with numerical models.