BIOSPHERE: De invloed van kosmische en UV-straling op de gezondheid van het leven op aarde en de ozonlaag

De biosfeer wordt gedefinieerd als het gebied aan het aardoppervlak, zowel als boven en onder het aardoppervlak waar leven bestaat. Het is een kwetsbaar systeem dat door vele factoren wordt beïnvloed. Het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie (BIRA) werkte samen met 21 andere Europese onderzoeksinstellingen in het EURAMET-BIOSPHERE-project (Metrologie voor de biosfeer van de aarde: kosmische straling, ultraviolette straling en kwetsbaarheid van de ozonlaag), met als doel de impact van kosmische en UV-straling op de biosfeer van de aarde te evalueren, meer bepaald op de ozonlaag en de menselijke huidcellen.

Binnen het BIOSPHERE-project was het BIRA verantwoordelijk voor de analyse van waarnemingen van kosmische straling, het simuleren van de effecten ervan op de atmosfeer, het leiden van de vier meetcampagnes en de public outreach. EURAMET-BIOSPHERE liep van 2022 tot september 2025 en heeft met succes de instrumenten, methodologieën en meetinfrastructuren ontwikkeld die nodig zijn om de wederzijdse impact van kosmische straling en biologisch actieve ultraviolette (UV) straling te evalueren. Deze resultaten ondersteunen de beleidsmakers van de EU met wetenschappelijke beoordelingen en informatie die het beleid op het gebied van klimaat, gezondheid en antropogene emissies aanzienlijk kunnen verbeteren.

Voornaamste resultaten

De belangrijkste resultaten hebben betrekking op de effecten van de sterkste geomagnetische storm van de afgelopen 20 jaar op 11 mei 2024, veroorzaakt door een grote zonnevlam en die aurora's veroorzaakte die overal ter wereld op lage breedtegraden zichtbaar waren. Voor het eerst zijn vier elektronenstralingsgordels ontdekt (Pierrard et al., 2024), evenals een uitzonderlijke injectie van protonen in de Zuid-Atlantische Anomalie, dankzij de waarnemingen van het EPT-instrument (Energetic Particle Telescope) aan boord van de PROBA-V-satelliet. De elektronendichtheid in de ionosfeer en plasmasfeer was gedurende meer dan een dag na de storm sterk afgenomen (Pierrard et al., 2025a) en ook de ozon (O₃) in de thermosfeer werd beïnvloed (Winant et al., 2025).

Meer in het algemeen zijn variaties in de elektronen- en protonenflux tijdens “Solar Energetic Particle Events”, minimale en maximale zonneactiviteit gemodelleerd (Pierrard et al., 2023). De medische onderzoekers van het project ontdekten ook dat huidcellen veel meer beschadigd raken wanneer ze worden blootgesteld aan gecombineerde velden van kosmische en UV-straling, wat de additieve verwachtingen ruimschoots overtreft (Gkikoudi et al., 2024).

Er zijn databases en handleidingen met goede praktijken voor radiobiologische experimenten en de effecten van zonne-evenementen op de aardse atmosfeer ontwikkeld en beschikbaar gesteld aan de gemeenschap.

Meetcampagnes

Naast de continue observaties vanaf de grond en via satelliet werden er in totaal vier meetcampagnes georganiseerd in Athene (Griekenland), Brussel-Ukkel (België), het Milešovka-observatorium (Tsjechië) en het meteorologisch observatorium van Lindenberg (Duitsland) onder leiding van David Bolsée, hoofd van de afdeling Zonnestraling en radiometrievan het BIRA. De kwantificering van de relatie tussen kosmische straling, UV-straling van de zon en antropogene emissies in de atmosfeer werd bepaald (Pierrard et al., 2025b) door lokale metingen toe te voegen van:

1. Muon- en neutronenfluxen (kosmische straling) op grondniveau
2. Spectrum van UV-straling die de aarde bereikt
3. Totale ozonkolom

Een nieuwe detector voor energetisch geladen deeltjes

Op 5 december 2024 werd ook een nieuwe detector van energetisch geladen deeltjes, 3DEES (3 Dimensions Energetic Electrons), gelanceerd op de PROBA-3-satelliet. Deze meet momenteel de ruimtelijke fluxen van energetisch geladen deeltjes in de stralingsgordels rond de aarde in alle richtingen. In tegenstelling tot de EPT, die aan boord van PROBA-V in een lage polaire baan op 820 km vliegt, doorkruist 3DEES het hart van de stralingsgordels en kan het de fluxen in verschillende richtingen ten opzichte van het magnetisch veld meten.

Het project 21GRD02 BIOSPHERE heeft financiering ontvangen van het Europees Partnerschap voor Metrologie, dat medegefinancierd wordt door het Horizon Europe-programma voor onderzoek en innovatie van de Europese Unie en door de deelnemende staten.

Referenties

• Gkikoudi, G Manda, C Beinke, U Giesen, A Al-Qaaod, EM Dragnea, M Dobre, I V Neagoe, T Sangsuwan, S Haghdoost, S N Vasilopoulos, S Triantopoulou, A Georgakopoulou, I Tremi, P N Koutsoudaki, S Havaki, V G Gorgoulis, M Kokkoris, F Krasniqi, G I Terzoudi, A G Georgakilas, Synergistic Effects of UVB and Ionizing Radiation on Human Non-Malignant Cells: Implications for Ozone Depletion and Secondary Cosmic Radiation Exposure, Biomolecules 15 (4), 536, 2025.
• Pierrard V., S. Benck, E. Botek, S. Borisov, A. Winant, Proton flux variations during Solar Energetic Particle Events, minimum and maximum solar activity and splitting of the proton belt in the South Atlantic Anomaly, Journal of Geophysical Research: Space Physics, 128, e2022JA031202. DOI: 10.1029/2022JA031202, 2023.
• Pierrard V., Bolsée D., Winant A., Krasniqi F., Al-Qaaod A., Péters de Bonhome M., Botek E, Van Laeken L., Sapundjiev D., Van Malderen R., Mangold A., Ambrozova I., Sommer M., Slegl J., Geronikolou, S.A., Georgakilas A.G., Dorn A., Rapp B., Solc J., Marek L., Oancea C., Doppler L., Langer R., Sabia M., Vuolo M., Granja C., BIOSPHERE measurement campaign from January 2024 to March 2024 and in May 2024: Effects of the solar events on the radiation belts, UV radiation and ozone in the atmosphere, AIMS Geoscience, 2025b, Volume 11, Issue 1: 117-154. DOI: 10.3934/geosci.2025007, 2025b.
• Pierrard V., Verhulst T.G.W., Chevalier J.-M., Bergeot N., Winant, A. Effects of the Geomagnetic Superstorms of 10–11 May 2024 and 7–11 October 2024 on the Ionosphere and Plasmasphere. Atmosphere 16, 299. https://doi.org/10.3390/atmos16030299, 2025b.
• Pierrard V., A. Winant, E. Botek, and M. Péters de Bonhome, The Mother’s Day solar storm of 11 May 2024 and its effect on Earth’s radiation belts, Universe, 10, 10, 391, https://doi.org/10.3390/universe10100391, 2024.
• Winant M., Pierrard V., Botek E., Ozone decrease observed in the upper atmosphere following the May 11th 2024 Mother’s day solar storm, Annales Geophysicae, https://doi.org/10.5194/angeo-2024-29, 2025.