지구의 핵은 10억 년이나 됐다

내핵의 응고로 인해 지구 자기장이 강화되었을 수 있다

최근 과학자들은 "지구의 견고한 내부 핵은 10억 년이 되었다"라는 연구 결과를 발표했습니다. 이들은 "내핵의 응고로 인해 지구 자기장이 강화되었을 수 있다"라고 전했습니다. 현대 지구는 단단한 외부 지각, 뜨겁고 점성이 있는 맨틀, 액체 외부 핵 및 고체 내부 핵으로 구성된 층 케이크와 같습니다. 지구의 고체 내부 핵은 액체 철이 냉각되고 결정화됨에 따라 천천히 성장하고 있습니다. 이 과정은 액체 외핵의 휘젓는 운동에 전력을 공급하는 데 도움이 되며, 이는 차례로 지구를 둘러싸는 자기장을 생성합니다. 결과적으로 이것은 유해한 우주 방사선으로부터 지구를 보호할 수 있습니다. 과학자들은 "내부 코어가 꽤 중요하다는 뜻"이란 결론을 내렸습니다. 하지만 너비가 2,442km에 달하는 이 물질의 역사에 대해서는 알려진 바가 많지 않습니다. 그 나이에 대한 추정치는 5억 년에서 40억 년 이상까지 다양하며, 이는 지구의 나이인 45억 년과 거의 비슷합니다. 연구자들은 두 개의 다이아몬드 사이에 작은 철 조각을 짜 넣고 레이저로 폭파하여 10억~13억 년이라는 새로운 추정치에 도달했습니다. 오스틴에 있는 텍사스 대학의 지구과학자 정 푸 린은 "지구는 자기장을 가지고 있고 거주가 가능하다는 점에서 우리 태양계에서 독특한 존재"라며 입을 열었습니다. 린은 "결국 우리의 결과는 우리 태양계의 다른 행성에 자기장이 없는 이유를 생각하는 데 사용될 수 있다"라고 첨언했습니다.

 

지구의 자기장은 지오다이나모에 의하여 구동된다

지구의 자기장은 과학자들이 '지오다이나모'라고 부르는 것에 의하여 구동됩니다. 이것은 철이 풍부한 외핵의 움직임으로, 다소 지저분하더라도 행성을 거대한 자석으로 변화시킵니다. 지오다이나모는 보이지 않는 자기 보호막을 담당합니다. 이 보호막은 지구의 북극과 남극, 그리고 태양에서 흐르는 하전 입자를 편향시키고 가둡니다. 만일 그렇지 않으면 이 입자들은 지구의 대기를 천천히 제거할 것입니다. 내부 코어의 움직임 중 일부는 열에너지원으로 알려진 열에 의해 구동됩니다. 지구의 핵은 점차 냉각되면서 내부에서 바깥쪽으로 결정화됩니다. 이 결정화 과정은 여전히 액체인 외핵의 움직임을 더욱 강화할 수 있는 에너지를 방출합니다. 결정화로부터의 이러한 에너지 방출은 지오다이나모의 구성 에너지원입니다. 린의 연구팀은 실험적 증거를 사용해 이러한 각 소스의 에너지를 파악하기로 했습니다. 에너지의 양을 알면 내부 코어의 나이를 추정할 수 있습니다. 이를 위해 코어 상태를 작은 규모로 재현한 연구자들은 두께가 적혈구 길이와 거의 같은 6미크론에 불과한 철 조각을 화씨 4,940도(섭씨 2,727도)까지 가열했습니다. 이후 이들은 두 개의 다이아몬드 사이에 샘플을 압착하여 극압에 맞췄습니다. 과학자들은 이러한 조건에서 철의 전도도를 측정했습니다.

 

지오다이나모가 냉각 코어로부터 약 10테라와트의 에너지를 소비한다는 사실 발견했다

전도도 측정을 통해 연구자들은 지오다이나모에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있는 코어의 열 냉각을 계산했습니다. 이들은 지오다이나모가 냉각 코어로부터 약 10테라와트의 에너지를 소비한다는 사실을 발견했습니다. 이는 지구가 표면에서 우주로 발산하는 열량 46테라와트의 5분의 1에 불과한 수준입니다. 린은 "에너지 손실량을 계산하면 지구 내부 코어의 나이를 계산할 수 있다. 에너지 손실률을 알면 용철 덩어리에서 오늘날의 코어 크기의 고체 질량을 얻는 데 걸리는 시간을 계산할 수 있다"라고 설명했습니다. 10억에서 13억 년이라는 결과는 실제로 지구의 핵이 상대적으로 젊다는 것을 암시합니다. 이는 유사한 방법을 사용했지만, 단지 7억 년 전이라는 추정값만을 발견했던 이전의 일부 연구만큼 오래되지는 않습니다. 린은 "새로운 실험에서는 코어에서 생성된 압력과 온도를 처리하는 보다 안정적인 방법을 사용했기 때문에 더 젊은 추정치는 불가능하다"라고 이야기했습니다. 지난 2015년 연구에 따르면 10억~15억 년 전, 고대 자성 암석의 자기장이 갑자기 강화되었다는 사실이 밝혀졌습니다. 린은 "내부 핵의 결정화가 자기장을 증가시켰을 것이기 때문에 새로운 시대는 그 증거와 잘 일치한다"라고 설명했습니다. 린의 연구팀이 테스트한 샘플과 달리 코어는 철뿐만 아니라 탄소, 수소, 산소, 규소, 황과 같은 가벼운 원소도 포함하고 있습니다. 그러나 이러한 가벼운 원소의 비율은 알려져 있지 않기 때문에 내부 코어의 전도성을 어떻게 변화시키는지 알기가 어렵습니다. 이것이 바로 린과 동료들이 현재 연구하고 있는 주제입니다. 코어에서 열이 이동하는 방식에 대해 여전히 의문점이 있다는 린은 "우리는 그러한 가벼운 원소의 존재가 실제로 고압, 고온 조건에서 철의 열전달 특성에 어떻게 영향을 미치는지 이해하려고 노력하고 있다"라고 말했습니다.