지구 45억 년의 역사 속에서 지자기의 남북은 수백 회 이상 바뀌어 왔다. 반전의 이유는 오랫동안 연구자들 사이에서 수수께끼였다. 하지만 지난 10년간의 연구로 그 수수께끼가 풀리고 반전의 원리를 알게 되었다. 슈퍼컴퓨터에 의한 시뮬레이션, 인공위성에 의한 자기장 관측, 지구의 코어를 모의한 실험장치 개발 등의 성과다.
지구의 중심 코어에는 다이나모(발전기)가 있고 거기에서 자기장이 발생하여 지구 전체를 덮는 쌍극자를 만들고 있다. 비밀은 그 코어와 맨틀 사이의 경계에 있었다. 인공위성의 관측으로부터 이 경계상에 통상의 방향과는 반대의 자속반이 있다는 것이 밝혀졌다. 이를 "역자속반"이라고 한다. 가장 큰 것은 아프리카 남단에서 남미 대륙의 남단 아래까지 퍼져 있다. 과거의 관측과 비교한 결과 역자속반은 코어·맨틀 경계상에서 차례차례 형성되어 있다는 것을 알 수 있었다.
이 역자속반은 자력선이 지구의 자전의 코리올리 힘(Coriolis force)의 작용을 받거나 동서방향의 자기장의 영향을 받거나 하면 형성되는 것 같다. 역자속반이 자기장반전의 원인이 되는지를 검증하기 위해 슈퍼컴퓨터에 의한 시뮬레이션이 행해졌다. 1995년부터 그라츠마이어 등 3개의 그룹이 거의 동시에 슈퍼컴퓨터에서 지구 다이나모에 의해 발생하는 자기장 시뮬레이션을 시작했다. 수십만 년분을 재현하는 계산의 결과 쌍극자자기장이 발생하여 코어·맨틀 경계상에 역자속 반점이 생긴 후 자기장의 반전도 일어났다. 하지만 이러한 시뮬레이션 결과가 그대로 지구의 코어 속에서 일어나고 있다는 확증이 없다. 왜냐하면 계산은 모두 근사치를 사용하고 있기 때문이다. 코어 내의 열대류는 복잡하고 미세한 난류가 다수 존재하고 있을 것이다. 현재 슈퍼컴퓨터에서는 이 난류를 3차원적으로 다루는 것은 불가능하다. 난류의 효과를 포함한 시뮬레이션 방법의 연구가 진행되는 한편 지구 다이나모를 본뜬 실험장치의 개발도 진행되고 있다. 액체나트륨을 넣은 거대한 용기를 회전시켜 다이나모 기구를 만들어 내는 실험이다.
출처 참조 번역
- Wikipedia
- 地磁気反転の謎に迫る
https://www.nikkei-science.com/page/magazine/0507/dynamo.html
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