[ 적용 수준 : 6-7 단계 ]

지구의 지리상의 극과 자기장의 극은 비슷한 위치에 존재합니다. 1600년대에 지구가 자석이라고 주장했던 길버트(William Gilbert)는 이것을 지구 자전과 자기장의 기원이 같은 증거로 봤습니다. 길버트는 지구가 자석이기 때문에 자전한다고 생각했던 것입니다.

우주선(cosmic ray)에 관한 연구로 1948년에 노벨상을 받은 블랙켓(P.M. Blackett)은 그와는 반대로 "지구가 자전하기 때문에 자석이 된 것"이라는 점을 생각해봤습니다. 현대의 이론은 이와는 조금 다릅니다. 먼저 지구 내부의 구성을 살펴 보도록 하지요.

지구의 내부는 다음과 같이 구성되어 있습니다.
- 고체 상태의 지각
- 유동성 있는 고체 상태의 맨틀
- 금속성 액체 상태의 외핵
- 금속성 고체 상태의 내핵

지구의 핵은 금속성을 띱니다. 아주 많은 양의 철이 핵에 들어있기 때문입니다. 아주 높은 온도로 인하여 외핵은 액체 상태이지만 이상하게도 내핵은 고체 상태입니다. 하지만 별로 이상할 일도 아닙니다. 왜냐하면, 물질의 상태는 온도에 의해서만 결정되는 것이 아니라 압력에 의해서도 결정되기 때문입니다. 내핵은 외핵보다 온도가 더 높지만 압력 또한 더 큽니다. 고체의 온도가 높으면 물질을 구성하는 입자들의 운동이 활발해지고, 그 결과 입자들 사이의 평균 거리가 더 멀어지기 때문에 액체가 될 수 있습니다. 하지만, 이 고체에 매우 큰 압력을 가해 준다면 매우 높은 온도에도 불구하고 입자들의 운동은 활발해지기 어려울 것입니다. 내핵이 높은 온도에도 불구하고 고체 상태를 유지하는 것은 이러한 까닭 때문인 것으로 추정됩니다.

이처럼 액체 상태의 외핵 속에는 많은 양의 철이 녹아 있습니다. 지구 내부의 어느 곳이나 마찬가지로 외핵의 내부에서도 곳에 따라 온도가 다릅니다. 이 때문에 외핵의 금속 유체는 순환을 하게 됩니다. 지구 대기에서 온도 차이 때문에 공기가 순환하는 것과 마찬가지 원리입니다. 이러한 금속 유체의 흐름이 기존의 자기장을 통과하게 되면 자기장과 금속의 상대 운동에 의해 전자기 유도 현상이 일어나 전류가 발생하게 됩니다. 이러한 전류는 외핵 전체를 흐릅니다. 외르스테드가 발견한 것처럼 전류는 자기장을 발생시킵니다. 그래서 지구 전체가 자석이 되는 것입니다. 이렇게 발생한 자기장은 다시금 금속 유체의 흐름으로부터 전류를 생성시키는 요인으로 작용합니다. 이러한 가설을 다이나모 이론이라고 합니다. 아직까지 미해결의 문제점이 많이 있지만 가장 유력한 가설 중의 하나입니다.

외핵의 에너지 근원이 무엇인지는 아직도 분명하지 않습니다. 외핵 속에 용융되어 있는 철이 응고하여 내핵으로 낙하하면 발생되는 열이 에너지원이라는 주장도 있고, 지각에서처럼 방사능 물질의 붕괴열이 그 에너지원이라는 주장도 있습니다.

지구 자기장은 이 밖에도 지각에 있는 자화된 암석이나 지구 밖의 대전된 입자들에 의해서도 발생합니다. 각각이 지구 자기장에 기여하는 정도는 다음과 같습니다.

97 - 99 % :: 주 자기장 -- 외핵의 전류에 의해 발생
1 - 2 % :: 지각의 자기장 -- 지각 내의 자화된 암석에 의해 발생
1 - 2 % :: 외부 자기장 -- 지구 밖의 대전 입자들에 의해 발생

지구의 주 자기장은 거의 쌍극성을 띠며, 세기가 적도의 30,000nT에서 극의 60,000nT까지 분포합니다. 영년 변화량(아주 오랜 세월에 걸친 변화량)은 1년 동안 1% 가량 됩니다. 때로는 지구 자기장의 역전 현상이 일어나기도 하는데, 이것은 평균잡아 50만년에 한 번씩 일어납니다.

외부 자기장은 주로 태양과의 상호 작용에 의해 일어나기 때문에 그 변화가 몇 초에서 몇 일의 시간 규모로 일어납니다.


참고 싸이트
http://www-istp.gsfc.nasa.gov/
http://denali.gsfc.nasa.gov/


[ 하늘과 바람과 별과 시-푸른행성의 과학 :: http://www.skyobserver.net ]