지구의 자기장과 방황하는 극이 의미하는 것

지구의 자기장과 방황하는 극이 의미하는 것

나침반의 바늘

지구 내부에 어느 정도 축과 정렬되어 있는 막대자석의 끝이 지구의 지리적 북극과 남극에 가깝게 놓여 있다고 가정할 때, 자기력선은 자석의 북극에서 이동해 다시 남극을 향해 돌아갑니다. 각 극에서 자기력선은 거의 수직입니다. 나사에 따르면 지구 내부에 확실한 자기 막대는 없지만, 지구 주변에서도 동일한 현상이 발생합니다. 이로 인해 지구 전체 주위에는 자기권이라 불리는 보호 영역이 생성되며 지구의 자기권은 유해한 우주 방사선과 태양풍으로부터 우리를 보호합니다. 또한 이것은 북반구와 남반구의 고위도에서 볼 수 있는 아름다운 오로라를 담당합니다. 지구의 지리적인 극과 자기극은 서로 반대편에 위치하기 때문에 지구의 자남극은 실제로 지리적 북극 근처에 있습니다. 실제로 우리가 위치를 결정하기 위해 나침반을 사용할 때 바늘은 북반구에서는 남극을, 남반구에서는 북극을 가리킵니다. 자극은 고정되어 있지 않으며 지리적 극에 관하여 행성 표면을 약간 돌아다닙니다. 지구 자기장의 강도 중 약 75%는 자기막대로 표시되는데 나머지 25%는 움직이는 작은 막대자석으로 생각할 수 있습니다. 이것은 움직이는 마그마의 작은 부분에서 나오고, 극이 움직일 수 있도록 합니다. 북극해 내 북위 86.54도 170.88E에 위치하는 자북극은 캐나다에서 시베리아 방향으로 향하고 있습니다. 자기 남극은 호주 방향 남극 해안 바로 옆 64.13 S, 136.02 E에 위치해 있습니다.

 

자기장은 어디에서 오는가

약간의 미스터리는 여전히 남아있지만, 과학자들은 일반적으로 지구의 자기장이 행성 중심부 깊은 곳에서 시작된다는 데 동의합니다. 행성의 외핵은 용융된 금속, 주로 전도체인 철로 이루어져 있습니다. 미시간 공과 대학의 지구물리학 교수인 알렉세이 스미르노프는 "외핵의 용융 금속이 휘저어지면서 발전기 작용으로 알려진 자기장을 생성한다"라고 말했습니다. 다이나모 작용 또는 다이나모 이론은 행성이 자기장을 유지할 수 있는 방식을 설명합니다. 발전기 또는 자기장의 근원은 지구 내부의 녹은 철과 같은 회전, 대류 및 전기 전도성 물질에 의해 생성됩니다. 물리학자이자 텍사스 크리스천 대학교 천문학 교수인 더글러스 잉그램은 "이온화된 많은 원자와 자유 전자가 돌아다니고 있으며, 지구의 자연 자전과 결합하여 내부에서 복잡한 형태의 대류가 진행되고 있다. 이동 전하가 많다"라고 부연했습니다. 잉그램은 "과학자들은 움직이는 금속 물질에 의해 생성된 전하가 표면에 북극과 남극을 생성하는 원형 운동으로 지구의 적도 지역 주위를 이동한다고 믿고 있다"라고 전했습니다.

 

움직이는 기둥의 이유

지구의 발전기는 지속적이지만 불안정합니다. 현재에도 자기장은 급격하게 변화하고 있으며, 자북극은 갑자기 시베리아 쪽으로 도약하고 있습니다. 2019년 발표된 연구에 따르면 1990년대 이후 자북극은 연간 평균 약 55km 이동했습니다. 흐르는 금속 마그마의 교란은 이러한 극이동을 초래할 수 있는 자기장의 불안정성의 원인일 수 있습니다. 캐나다 깊은 곳에서 액체 철의 움직임은 해당 위치의 자기장을 약간 약화시킬 수 있으며, 이로 인해 북극 자극이 시베리아 쪽으로 이동할 수 있습니다. 또 다른 전자기적 이상 현상은 남부 아프리카를 비롯해 전 세계에서 볼 수 있는데, 이곳에서는 하천의 소용돌이와 유사한 자기장 교란이 발생할 수 있습니다. 이 교란은 행성의 액체 외핵 경계 근처, 맨틀 밀도가 높은 부분에 의한 것입니다.

 

극이동과 반전의 역사

끊임없이 이동하는 극은 지난 30억 년 동안 최소한 수백 번의 완전한 역전을 겪었습니다. 이것은 일반적으로 한 번에 100년에서 수천 년에 걸쳐 20만~30만 년마다 발생합니다. 이 과정에서 자기장은 지구 표면 위에 무작위로 돋아난 여러 극으로 인해 뭉개지고 당겨집니다. 마지막으로 일어난 완전한 역전은 약 780,000년 전이었습니다. 이동과 역전을 포함한 자기장의 역사는 지질학적 기록에서 입증되며, 철을 포함해 암석에서 발견되는 금속은 녹은 암석이 응고되기 이전에 자기장과 정렬됩니다. 이러한 결과로 해당 금속은 퇴적암층에 침전되는 자성 금속을 포함하는 파편으로 나타납니다. 스미르노프는 "지구는 역동적이고 끊임없이 변화하는 곳이기 때문에 지질학적 시간 전반에 걸쳐 새로운 암석과 자기 기록이 끊임없이 생성됐다. 이러한 기록은 수백만 년에서 수십억 년 동안 보존될 수 있다"라고 보고했습니다. 새로운 해저가 끊임없이 생성되는 대서양 중앙 능선의 바닥에서도 비슷한 기록이 발견됐습니다. 잉그램은 "능선을 구성하는 긴 균열을 통해 표면으로 솟아오르면서 용암이 녹고 이곳에 부유하는 철 입자는 지구 자기장의 방향을 향하게 된다"라고 부연했습니다. 용암이 굳어지면서 금속 퇴적물은 제자리에 고정되고 지구 자기장의 이동과 반전에 대한 역사적인 기록이 만들어집니다. 이동과 반전 동안 식물이나 동물의 화석 기록에는 급격한 변화가 없으며, 이는 극 반전이 생명체에 미치는 영향이 최소화된다는 것을 암시합니다. 하지만 스미르노프는 "과학자들 사이에서는 자기장의 강도가 감소하는 기간 동안 더 많은 우주 방사선이 지구 표면에 도달하여 유전적 돌연변이 비율이 증가하여 진화가 촉진되었을 수 있다는 추측이 있다"라고 전했습니다.