지구 자기장의 기원과 변화

오늘은 자기장의 기원과 변화에 대해 알아보겠습니다. 우리는 지구에 의해 만들어진 매우 큰 자기장에 살고 있습니다. 자기장의 역할은 우리에게 매우 중요한 역할을 하는데, 이는 파괴적인 태양 복사를 막고 대기를 보호하는 방패막이의 역할을 한다. 지구상에 자기장이 없으면 태양에서 불어오는 태양풍이 지구 대기를 사라지고 태양으로부터 전기 입자를 차단해 지구상의 모든 생명체가 살 수 없게 된다. 여기서 궁금한 것은 지구에서 매우 중요한 역할을 하는 자기장이 언제, 어떻게 만들어졌는가 하는 것이다.

연구진에 따르면 지구 자기장은 약 34억년 전부터 발생했으며, 자기장은 지구 외핵에서 액체 금속이 대류하면서 생겨난 것이다. 이것은 영구 자화 이론이라고 불립니다.하지만 어떤 액체 금속 물질이 지구의 자기장을 만들었을까요? 최근의 연구는 지구의 깊은 부분에서 기초 마그마 바다라고 불리는 액체 대류층이 생성되었고 지구의 자기장은 현재 액체 니켈과 철을 통한 대류에 의해 발생하는데, 이것은 약 2,900 km의 외부 핵으로 구성되어 있다. 이것은 대류에서 생성된 전류에 의해 자기장이 생성된 결과입니다. 다만 지구 자기장은 아직 안정되지 않아 항상 힘이 증가하는 속도가 진행 중이며 지구의 핵심 상태에 따라 변화하고 있다. 최근 연구에 따르면 지구 자기장의 관측 데이터를 토대로 지난 200년간 지구 자기장이 약 9% 하락한 것으로 나타났다.1600년대 지구가 자석이라고 주장한 윌리엄 길버트는 지구의 자전과 자기장의 발생지가 같다는 것을 알아냈고, 길버트의 연구를 바탕으로 지구는 자석 특성을 가지고 있기 때문에 자전한다. 한편 블래킷은 길버트와 반대 이론을 제시하기도 했다.

*지구의 내부 구성

지구의 내부는 단단한 지각, 금속 액체의 외부 핵, 금속 액체의 내부 핵, 그리고 유동적인 고체 맨틀로 구성되어 있다고 한다.이것은 지구의 핵이 금속이고 그 안에 엄청난 양의 철을 포함하고 있기 때문입니다. 매우 높은 온도에서는 외핵은 액체 상태이지만, 내핵은 당신이 생각하는 것과 달리 고체 상태입니다. 물질의 고체와 액체 상태는 온도에 의해 결정되는 것이 아니라 발생하는 압력에 의해 결정되기 때문입니다. 지구의 안쪽 중심핵은 바깥쪽 중심핵보다 온도가 훨씬 높지만, 압력도 더 높습니다. 고체가 발생하는 온도가 높아지면 물질 내 입자의 움직임이 활발해지고, 이 때문에 입자 간 평균 거리가 커져 액체가 생길 수 있다.

지구 대기에서는 온도차가 커 공기가 순환하는 원리와 같으며, 이 금속 유체의 흐름이 자기장을 통과할 때 자기장과 금속에 의해 발생하는 상대적 움직임이 전자기 유도를 유발한다. 이 전류는 외부 핵을 통해 흐르고 전류는 자기장을 생성한다. 이것이 지구 전체가 자석이 되는 이유입니다. 외핵에서 발생하는 에너지원이 무엇인지 아직 불분명하지만 외핵에서 철분이 녹아내릴 때 발생하는 열이 에너지원이며 방사성 물질 붕괴 열 에너지원이라는 주장도 있다.

지구의 주요 자기장은 거의 양극성이 되어 때때로 지구의 자기장을 반전시킨다. 이러한 반전 현상에 대한 관심은 50만년 주기로 상호작용에 의해 발생한다고 한다.나침반을 보면 N극과 S극이 남북을 가리키는데 이는 자기장이 전체적으로 자기장을 띠기 때문이고, 자기장이 남극 근처로 흘러나와 북극을 통과하기 때문이다. 다만 방향이 뒤바뀌면 북극에서 남극으로 자기장이 흐를 수 있는데 이를 지자기역전이라고 하는데, 지자기 연구는 지구 용암의 흐름을 조사해 자기장의 방향을 예측한다. 철분이 풍부한 광물이 지구 자기장의 방향과 일치하기 때문이다. 이런 현상은 지구 역사상 여러 차례 발생했으며 20~30년에 한 번꼴로 나타난 것으로 밝혀졌다.

*지구의 자기장은 변한다
이것이 지구의 자기장을 붕괴 시키지 않을까요? 그 말이 떠오르네요. 지구 내부에서는 유동화 된 핵과 광물이 함유된 전도성이 높은 성분으로 알려져 있는데, 지구가 천천히 회전하면 원래 자기장에 의해 유도전류가 생성되고 또 다른 자기장을 형성하는 순환 과정이 반복된다.

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