지구자기역전
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
지구자기역전은 지구 자기장의 북극과 남극이 뒤바뀌는 현상이다. 20세기 초 화산암 연구를 통해 처음 발견되었으며, 1920년대에 지자기 역전 가능성이 제기되었다. 1960년대 방사성 연대 측정 기술 발전과 해저 자기 줄무늬 발견으로 역전의 규칙성이 밝혀졌고, 해저 확장 이론을 통해 자기 줄무늬 생성 원리가 규명되었다. 지구자기극성 시간 척도를 통해 역전 빈도와 시기를 알 수 있으며, 역전은 기후 변화 및 생물권에 영향을 미칠 수 있다는 연구가 진행되고 있다.
더 읽어볼만한 페이지
| 지구자기역전 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 현상 | 지구 자기장의 방향이 반대로 바뀌는 현상 |
| 다른 이름 | 지구 자기장 역전 |
| 설명 | |
| 원인 | 지구 내부의 복잡한 유체 운동과 관련된 자기 유체 역학적 과정 때문이라고 여겨짐 정확한 원인은 아직 완전히 밝혀지지 않음 |
| 발생 빈도 | 불규칙적 (수만 년에서 수천만 년 간격) |
| 지속 시간 | 수백 년에서 수천 년 |
| 과정 | 자기장의 세기가 약해짐 자기장의 방향이 불안정해짐 자기장의 극성이 완전히 뒤바뀜 자기장의 세기가 다시 강해짐 |
| 영향 | 나침반의 자침이 북쪽이 아닌 남쪽을 가리키게 됨 인공위성 오작동 가능성 증가 생물의 진화에 영향을 미칠 수 있음 |
| 최근 역전 | 약 78만 년 전 (브륀-마투야마 역전) |
| 추가 정보 | |
| 연구 분야 | 고지자기학 |
| 관련 용어 | 지구 자기장, 자기장, 고지자기 |
2. 역사
1600년 윌리엄 길버트는 지구가 거대한 자석이라고 주장했고, 1828년에는 카를 프리드리히 가우스가 지구 자기 연구를 시작했다.
1906년 베르나르 브륀은 현재 지구 자기 방향과 반대 방향으로 자화된 암석을 발견했다.[4] 1926년 교토 대학(구 교토 제국대학) 교수였던 마쓰야마 모토노리는 효고현 겐부도의 암석이 역방향으로 자화되어 있다는 것을 발견했다.[5] 마쓰야마는 이후 국내외 36곳에서 화성암의 자기를 조사하여, 다른 곳에서도 역방향으로 자화된 암석을 발견하고, 1929년에 지자기 역전의 가능성을 시사하는 논문을 발표했다.[5] 하지만, 이는 당시의 상식에 반하는 생각이었기 때문에 초기에 좋은 평가를 받지 못했다.
이후, 고지자기학이 활발해지고 연대 측정 기술도 진보하면서 지구 자기가 역전을 반복하고 있다는 것이 분명해졌다.
1963년, 프레데릭 바인과 드러먼드 매튜스는 해리 헤스의 해저 확장 이론과 알려진 역전 시간 척도를 결합하여 해저 암석이 형성될 때 자기장의 방향으로 자화되며, 중앙 능선에서 해저가 확장되면 능선과 평행한 자기 줄무늬 쌍이 생성된다는 설명을 제시했다. 캐나다의 L. W. 몰리는 1963년 1월에 유사한 설명을 독립적으로 제안했지만, 그의 연구는 과학 저널 ''네이처''와 ''지구물리학 연구 저널''에서 거부되었고, 1967년 문학 잡지 ''새터데이 리뷰''에 게재될 때까지 출판되지 않았다. 몰리-바인-매튜스 가설은 대륙 이동의 해저 확장 이론에 대한 최초의 주요 과학적 검증이었다.
과거의 자기장 역전은 육지의 굳어진 강자성 광물질이나 냉각된 화산 흐름의 고화된 퇴적층에 기록된다. 1966년부터 라몬트-도허티 지질 관측소 과학자들은 태평양-남극 해령을 가로지르는 자기 프로파일이 대칭적이며 북대서양의 레키야네스 해령의 패턴과 일치한다는 것을 발견했다. 동일한 자기 이상이 전 세계 대부분의 대양에서 발견되었으며, 이를 통해 대부분의 해양 지각이 언제 발달했는지 추정할 수 있었다.
1964년 미국 연구 그룹은 지자기 극성의 연대표를 발표했다. 이때, Allan V. Cox|앨런 콕스영어는 두 개의 "역자극기"(반대는 "정자극기") 중 하나에 마쓰야마 모토노리의 이름을 선택했다.[5]
2. 1. 초기 연구
베르나르 브륀은 20세기 초 일부 화산암이 지역 지구 자기장의 방향과 반대 방향으로 자화되어 있다는 것을 처음 발견했다. 자기 역전에 대한 최초의 체계적인 증거와 시간 척도 추정은 1920년대 후반 마토야마 모토노리에 의해 이루어졌는데, 그는 반전된 자기장을 가진 암석이 모두 초기 플라이스토세 시대 또는 그 이전 시대의 것임을 관찰했다. 당시 지구의 극성은 제대로 이해되지 않았고, 역전 가능성은 거의 관심을 끌지 못했다.1950년대 후반, 지구 자기장이 더 잘 이해되면서, 지구의 자기장이 먼 과거에 역전되었을 수도 있다는 이론이 제기되었다. 당시 대부분의 고지자기 연구는 극의 이동과 대륙 이동에 대한 조사를 포함했다. 일부 암석이 냉각되는 동안 자기장을 역전시킨다는 것이 밝혀졌지만, 대부분의 자화된 화산암이 암석이 냉각되었을 때의 지구 자기장의 흔적을 보존한다는 것이 분명해졌다. 암석의 절대 연령을 얻을 수 있는 신뢰할 수 있는 방법이 없었기 때문에, 역전은 대략 백만 년마다 발생한다고 생각되었다.
방사성 연대 측정 기술이 향상된 1950년대에 역전에 대한 이해가 크게 발전했다. 앨런 콕스와 리처드 도엘은 미국 지질 조사소에서 역전이 규칙적인 간격으로 발생하는지 알고 싶어했고, 지질연대학자 브렌트 달림플을 그룹에 초대했다. 그들은 1959년에 최초의 자기 극성 시간 척도를 만들었다. 그들은 데이터를 축적하면서, 호주 국립 대학교의 돈 탈링 및 이언 맥두걸과 경쟁하면서 이 척도를 계속 개선했다. 라몬트-도허티 지구 관측소의 닐 옵다이크가 이끄는 그룹은 동일한 역전 패턴이 심해 코어의 퇴적물에 기록되어 있음을 보여주었다.
1950년대와 1960년대 동안 지구 자기장의 변화에 대한 정보는 주로 연구선을 통해 수집되었지만, 해양 크루즈의 복잡한 경로는 항해 데이터와 자력계 판독값을 연관시키기 어렵게 만들었다. 데이터가 지도에 표시되었을 때만, 놀랍도록 규칙적이고 연속적인 자기 줄무늬가 해저에 나타난다는 것이 분명해졌다.
1600년 윌리엄 길버트는 지구가 거대한 자석이라고 주장했다. 1828년 카를 프리드리히 가우스가 지구 자기 연구를 시작했다. 1906년 베르나르 브륀에 의해 현재의 지구 자기 방향과 반대 방향으로 자화된 암석이 발견되었다.[4]
1926년 교토 대학(구 교토 제국대학) 교수인 마쓰야마 모토노리는 효고현 겐부도의 암석이 역방향으로 자화되어 있다는 것을 발견했다.[5] 마쓰야마는 그 후 국내외 36곳에서 화성암의 자기를 조사하여, 다른 곳에서도 역방향으로 자화된 암석을 발견했다.[5] 그는 1929년에 지자기 역전의 가능성을 시사하는 논문을 발표했다.[5] 당시의 상식에 반하는 생각이었기 때문에 초기의 평판은 좋지 않았다. 그 후, 고지자기학이 활발해지고 연대 측정 기술도 진보했다. 그 결과 지구 자기가 역전을 반복하고 있다는 것이 분명해졌다.
1964년 미국 연구 그룹이 지자기 극성의 연대표를 발표했다. 이때, Allan V. Cox|앨런 콕스영어는 두 개의 "역자극기"(반대는 "정자극기") 중 하나에 마쓰야마의 이름을 선택했다.[5]
2. 2. 1950년대 이후의 발전
1950년대 후반, 지구 자기장이 더 잘 이해되면서, 지구 자기장이 먼 과거에 역전되었을 수도 있다는 이론이 제기되었다. 대부분의 고지자기 연구는 극의 이동과 대륙 이동에 대한 조사를 포함했다. 일부 암석이 냉각되는 동안 자기장을 역전시킨다는 것이 밝혀졌지만, 대부분의 자화된 화산암이 암석이 냉각되었을 때의 지구 자기장의 흔적을 보존한다는 것이 분명해졌다. 암석의 절대 연령을 얻을 수 있는 신뢰할 수 있는 방법이 없었기 때문에, 역전은 대략 백만 년마다 발생한다고 생각되었다.1950년대에 방사성 연대 측정 기술이 향상되면서 역전에 대한 이해가 발전했다. 앨런 콕스와 리처드 도엘은 미국 지질 조사소에서 역전이 규칙적인 간격으로 발생하는지 알고 싶어했고, 지질연대학자 브렌트 달림플을 그룹에 초대했다. 그들은 1959년에 최초의 자기 극성 시간 척도를 만들었다. 호주 국립 대학교의 돈 탈링 및 이언 맥두걸과 경쟁하면서 이 척도를 계속 개선했다. 라몬트-도허티 지구 관측소의 닐 옵다이크가 이끄는 그룹은 동일한 역전 패턴이 심해 코어의 퇴적물에 기록되어 있음을 보여주었다.
1950년대와 1960년대 동안 지구 자기장의 변화에 대한 정보는 주로 연구선을 통해 수집되었지만, 해양 크루즈의 복잡한 경로는 항해 데이터와 자력계 판독값을 연관시키기 어렵게 만들었다. 데이터가 지도에 표시되었을 때만, 놀랍도록 규칙적이고 연속적인 자기 줄무늬가 해저에 나타난다는 것이 분명해졌다.
1963년, 프레데릭 바인과 드러먼드 매튜스는 해리 헤스의 해저 확장 이론과 알려진 역전 시간 척도를 결합하여 간단한 설명을 제공했다. 즉, 해저 암석은 형성될 때 자기장의 방향으로 자화된다. 따라서 중앙 능선에서 해저가 확장되면 능선과 평행한 자기 줄무늬 쌍이 생성된다. 캐나다의 L. W. 몰리는 1963년 1월에 유사한 설명을 독립적으로 제안했지만, 그의 연구는 과학 저널 ''네이처''와 ''지구물리학 연구 저널''에서 거부되었고, 1967년 문학 잡지 ''새터데이 리뷰''에 게재될 때까지 출판되지 않았다. 몰리-바인-매튜스 가설은 대륙 이동의 해저 확장 이론에 대한 최초의 주요 과학적 검증이었다.
과거의 자기장 역전은 육지의 굳어진 강자성 광물질이나 냉각된 화산 흐름의 고화된 퇴적층에 기록된다. 1966년부터 라몬트-도허티 지질 관측소 과학자들은 태평양-남극 해령을 가로지르는 자기 프로파일이 대칭적이며 북대서양의 레키야네스 해령의 패턴과 일치한다는 것을 발견했다. 동일한 자기 이상이 전 세계 대부분의 대양에서 발견되었으며, 이를 통해 대부분의 해양 지각이 언제 발달했는지 추정할 수 있었다.
1964년, 미국 연구 그룹은 지자기 극성의 연대표를 발표했다. 이때, 앨런 콕스는 두 개의 "역자극기"(반대는 "정자극기") 중 하나에 마쓰야마 모토노리의 이름을 선택했다.[5]
2. 3. 한국의 관점
1926년, 교토 제국대학(현재의 교토대학) 교수 마쓰야마 모토노리는 효고현 겐부도의 암석이 역방향으로 자화되어 있다는 것을 발견했다[5] . 마쓰야마는 이후 국내외 36곳에서 화성암의 자기를 조사하여, 다른 곳에서도 역방향으로 자화된 암석을 발견했다[5] . 1929년 마쓰야마는 지자기 역전의 가능성을 시사하는 논문을 발표했다[5] . 이는 당시의 상식에 반하는 생각이었기 때문에 초기에는 좋은 평가를 받지 못했다. 이후, 고지자기학이 활발해지고 연대 측정 기술도 발전하면서 지구 자기가 역전을 반복한다는 사실이 명확해졌다.1964년 미국 연구 그룹은 지자기 극성의 연대표를 발표했는데, 이때 두 개의 "역자극기"(반대는 "정자극기") 중 하나에 마쓰야마의 이름을 선택했다[5] .
3. 지구 자기 극성 시간 척도
해저 자기 이상 분석과 육상 역전 순서의 연대 측정을 통해 고지자기학자들은 지구자기극성 시간 척도를 개발해왔다. 현재 시간 척도는 지난 8300만 년 동안 184개의 극성 간격을 포함하고 있다(따라서 183번의 역전이 있었다).
과거 360만 년 동안 11번의 지자기 역전이 있었으며, 현재까지 브륀기와 마쓰야마 역극기 2개의 역극기가 있었음이 밝혀졌다. 589.4만 년 전부터 358만 년 전까지의 역극기는 "길버트"로, 258.1만 년 전부터 77만 년 전까지의 역극기는 "마쓰야마"로 명명되었다.[6] 또한, 국립극지연구소 등의 연구에 따르면, 보다 정밀한 연대 결정을 수행한 결과, 마지막 자기 역전 시기는 약 77만 년 전으로 보고되었다.[7][8]
3. 1. 역전 빈도의 변화
지구 자기장의 역전 빈도는 시간에 따라 크게 변화해 왔다. 7200만 년 전에는 백만 년 동안 자기장이 5번 역전되었다. 5400만 년 전을 중심으로 한 4백만 년 동안에는 10번의 역전이 있었고, 4200만 년 전에는 3백만 년 동안 17번의 역전이 일어났다. 2400만 년 전을 중심으로 한 3백만 년 동안에는 13번의 역전이 일어났다. 1500만 년 전을 중심으로 한 12백만 년 동안에는 적어도 51번의 역전이 일어났다. 5만 년 동안 2번의 역전이 일어난 적도 있다. 이러한 빈번한 역전 시대는 역전이 일어나지 않는 긴 기간인 "슈퍼크론"에 의해 상쇄되었다.'''슈퍼크론'''은 최소 1000만 년 이상 지속되는 극성 간격을 말한다. 잘 알려진 슈퍼크론에는 백악기 정자극기와 키아만 슈퍼크론이 있다.
- '''백악기 정자극기'''(또는 ''백악기 슈퍼크론'' 또는 C34라고도 함)는 약 1억 2000만 년 전부터 8300만 년 전까지 거의 4000만 년 동안 지속되었으며, 압트절부터 상토절까지 백악기의 단계를 포함한다. 자기 역전의 빈도는 이 기간 이전에 꾸준히 감소하여, 이 기간 동안 최저점(역전 없음)에 도달했다. 백악기 정자극기와 현재 사이에는 빈도가 일반적으로 천천히 증가했다.
- '''키아만 역극성 슈퍼크론'''은 대략 석탄기 후기부터 페름기 후기까지, 즉 3억 1200만 년 전부터 2억 6200만 년 전까지 5000만 년 이상 지속되었다. 자기장은 반대 극성을 띠었다. "키아만"이라는 이름은 1925년 슈퍼크론의 최초 지질학적 증거가 발견된 호주 도시 키아마에서 유래되었다.
오르도비스기에는 2000만 년 이상(4억 8500만 년 전에서 4억 6300만 년 전) 지속된 ''모예로 역극성 슈퍼크론''이라는 또 다른 슈퍼크론이 있었던 것으로 추정된다. 지금까지 이 가능한 슈퍼크론은 시베리아 북극권 북쪽의 모예로 강 단면에서만 발견되었다. 게다가, 세계 다른 지역의 최상의 데이터는 이 슈퍼크론에 대한 증거를 보여주지 않는다.
1억 6000만 년 전보다 오래된 해저의 특정 지역은 해석하기 어려운 저진폭 자기 이상 현상을 보인다. 이들은 북미 동해안, 아프리카 북서 해안, 서태평양에서 발견된다. 한때 이들은 ''쥐라기 정온대''라는 슈퍼크론을 나타내는 것으로 생각되었지만, 이 기간 동안 육지에서도 자기 이상 현상이 발견된다. 지자기장은 약 1억 3000만 년 전에서 1억 7000만 년 전 사이에 강도가 낮았으며, 이 해저 구간은 특히 깊어서 해저와 표면 사이의 지자기 신호가 약해지기 때문이다.
과거 360만 년 동안 11번의 지자기 역전이 있었으며, 현재까지 2개의 역극기가 있었음이 밝혀졌다. 589.4만 년 전부터 358만 년 전까지의 역극기는 "길버트"로, 258.1만 년 전부터 78만 년 전까지의 역극기는 "마쓰야마"로 명명되었다.[6] 또한, 국립극지연구소 등의 연구에 따르면, 보다 정밀한 연대 결정을 수행한 결과, 마지막 자기 역전 시기는 약 77만 년 전으로 보고되었다.[7][8]
3. 2. 통계적 특성
지구자기역전의 통계적 특성을 분석하여 역전의 기저 메커니즘을 파악하려는 연구가 진행되어 왔다. 극성 간격의 수가 적어 통계 검정의 변별력은 제한적이지만, 몇 가지 일반적인 특징은 잘 확립되어 있다. 특히, 역전의 패턴은 무작위적이며, 극성 간의 간격 길이 사이에는 상관관계가 없다. 정자극 또는 역자극에 대한 선호도는 없으며, 이러한 극성의 분포 사이에도 통계적 차이는 없다. 이러한 편향의 부재는 다이나모 이론의 강력한 예측이다.역전은 통계적으로 무작위적이므로, 역전의 '율'은 존재하지 않는다. 역전의 무작위성은 주기성과 일치하지 않지만, 여러 저자들이 주기성을 발견했다고 주장해 왔다. 그러나 이러한 결과는 역전율을 결정하기 위해 슬라이딩 윈도우를 사용한 분석의 인공물일 가능성이 높다.
역전에 대한 대부분의 통계 모델은 이를 푸아송 과정 또는 기타 종류의 갱신 과정의 관점에서 분석해 왔다. 푸아송 과정은 평균적으로 일정한 역전율을 가지므로, 비정상 푸아송 과정을 사용하는 것이 일반적이다. 그러나 푸아송 과정과 비교하여, 역전 이후 수만 년 동안 역전의 확률이 감소한다. 이는 기저 메커니즘의 억제 때문일 수도 있고, 단지 더 짧은 극성 간격이 누락되었음을 의미할 수도 있다. 억제 기능을 가진 무작위 역전 패턴은 감마 과정으로 나타낼 수 있다. 2006년, 칼라브리아 대학교의 물리학자 팀은 역전이 레비 분포를 따른다는 것을 발견했는데, 이는 시간상의 사건들 간의 장거리 상관관계를 가진 확률 과정을 설명한다. 데이터는 또한 결정론적이지만, 혼돈적인 과정과도 일치한다.
과거 360만 년 동안 11번의 지자기 역전이 있었으며, 현재까지 2개의 역극기가 있었음이 밝혀졌다. 589.4만 년 전부터 358만 년 전까지의 역극기는 "길버트"로, 258.1만 년 전부터 78만 년 전까지의 역극기는 "마쓰야마"로 명명되었다.[6] 국립극지연구소 등의 연구에 따르면, 보다 정밀한 연대 결정을 수행한 결과, 마지막 자기 역전 시기는 약 77만 년 전으로 보고되었다.[7][8]
다음은 주요 역전기 목록이다.
| 역전기 이름 | 시작 시점 | 종료 시점 |
|---|---|---|
| 브륀기 (브륀 정자극기) | 77만 4천 년 전 | 현재 |
| 마쓰야마-브륀 역전 | 77만 4천 년 전 | - |
| 마쓰야마기 (마쓰야마 역자극기) | 258만 1천 년 전 | 77만 년 전 |
| Gauss-Matuyama reversal|가우스-마쓰야마 역전영어 | 258만 1천 년 전 | - |
| 가우스기 (가우스 정자극기) | 358만 년 전 | 258만 1천 년 전 |
| 길버트-가우스 역전 (Gilbert-Gauss reversal) | 358만 년 전 | - |
| 길버트기 (길버트 역자극기) | 589만 4천 년 전 | 358만 년 전 |
4. 역전의 특징
과거 360만 년 동안 11번의 지구자기역전이 있었으며, 현재까지 2개의 역극기(역자극기)가 밝혀졌다. 589.4만 년 전부터 358만 년 전까지의 역극기는 "길버트", 258.1만 년 전부터 78만 년 전까지의 역극기는 "마쓰야마"로 명명되었다.[6] 국립극지연구소 등의 연구에 따르면, 마지막 자기 역전 시기는 약 77만 년 전으로 보고되었다.[7][8]
4. 1. 지속 시간
극성 전환 기간에 대한 대부분의 추정치는 1,000년에서 10,000년 사이이지만, 일부 추정치는 인간의 수명만큼 짧다. 전환 기간 동안 자기장이 완전히 사라지지는 않지만, 역전 동안 자기장이 다시 안정될 때까지 여러 극이 혼란스럽게 다른 위치에 형성될 수 있다.오리건주 스틴스 산에서 1,670만 년 된 용암류에 대한 연구에 따르면 지구의 자기장이 하루에 최대 6도까지 이동할 수 있다. 이는 처음에 고지자기학자들의 회의적인 반응을 불러일으켰다. 핵에서 그렇게 빨리 변화가 발생하더라도, 반도체인 맨틀은 몇 달 미만의 주기를 가진 변화를 제거한다고 생각되기 때문이다. 거짓 신호를 생성하는 다양한 가능한 암석 자기 메커니즘이 제안되었다. 즉, 동일한 지역(오리건 고원 홍수 현무암)의 다른 부분에 대한 고지자기 연구에서 일관된 결과가 나타났다. Chron C5Cr의 끝을 나타내는 역에서 정상 극성 전환에는 일련의 역전과 변동이 포함되어 있는 것으로 보인다. 또한, 옥시덴탈 칼리지의 지질학자 스콧 보그와 미국 지질 조사소의 조나단 글렌은 네바다주 배틀 마운틴에서 용암류를 표본 채취하여 역전 동안 자기장 방향이 50도 이상 변경된 짧고 몇 년 동안 지속된 간격에 대한 증거를 발견했다. 역전은 약 1500만 년 전으로 추정되었다. 2018년, 연구자들은 단 200년 동안 지속된 역전을 보고했다. 2019년 논문에 따르면 가장 최근의 역전은 78만 년 전에 발생했으며 22,000년 동안 지속되었다.
과거 360만 년 동안 11번의 지자기 역전이 있었으며, 현재까지 2개의 역극기가 있었음이 밝혀졌다. 589.4만 년 전부터 358만 년 전까지의 역극기는 "길버트"로, 258.1만 년 전부터 78만 년 전까지의 역극기는 "마쓰야마"로 명명되었다.[6] 또한, 국립극지연구소 등의 연구에 따르면, 보다 정밀한 연대 결정을 수행한 결과, 마지막 자기 역전 시기는 약 77만 년 전으로 보고되었다.[7][8]
4. 2. 원인
지구와 자기장을 가진 다른 행성의 자기장은 행성 핵 내 용융 철의 대류가 전기 전류를 생성하고, 이는 다시 자기장을 발생시키는 다이나모 작용에 의해 생성된다. 행성 다이나모의 시뮬레이션에서 반전은 종종 기본 역학으로부터 자발적으로 나타난다. 예를 들어, UCLA의 Gary Glatzmaier와 그의 동료 Paul Roberts는 지구 내부의 전자기학과 유체 역학 간의 결합에 대한 수치 모델을 실행했다. 그들의 시뮬레이션은 4만 년 이상의 시뮬레이션 시간 동안 자기장의 주요 특징을 재현했고, 컴퓨터로 생성된 자기장은 스스로 반전했다. 불규칙한 간격으로 발생하는 지구 자기장 역전 현상은 실험실 액체 금속 실험 "VKS2"에서도 관찰되었다.
일부 시뮬레이션에서 이는 자기장이 자발적으로 반대 방향으로 뒤집히는 불안정성을 초래한다. 이 시나리오는 9~12년마다 자발적인 반전을 겪는 태양 자기장의 관찰을 통해 뒷받침된다. 태양의 경우, 반전 동안 태양 자기장의 세기가 크게 증가하는 것이 관찰되지만, 지구에서의 반전은 약한 자기장 강도 기간 동안 발생하는 것으로 보인다.
Richard A. Muller와 같은 일부 과학자들은 지구 자기장 역전이 자발적인 과정이 아니라 지구 핵의 흐름을 직접적으로 방해하는 외부 사건에 의해 촉발된다고 생각한다. 제안에는 충돌 사건이나 판 이동의 작용에 의해 섭입대에서 맨틀로 운반되는 대륙판의 도착 또는 핵-맨틀 경계에서 새로운 맨틀 플룸의 시작과 같은 내부 사건이 포함된다. 이 가설의 지지자들은 이러한 사건 중 하나가 다이나모의 대규모 붕괴를 초래하여 지구 자기장을 효과적으로 끄는 결과를 초래할 수 있다고 주장한다. 자기장은 현재의 북-남 방향 또는 반전된 방향으로 안정적이기 때문에, 그들은 자기장이 이러한 붕괴로부터 회복될 때 자발적으로 한 상태를 선택하며, 그 결과 회복의 절반이 반전이 된다고 제안한다. 이 제안된 메커니즘은 정량적 모델에서는 작동하지 않는 것으로 보이며, 역전과 충돌 사건 사이의 상관 관계에 대한 층서학 증거는 미약하다. 백악기-고생대 대멸종 사건을 일으킨 충돌 사건과 관련된 역전에 대한 증거는 없다. 지구가 지자기(地磁氣)를 갖는 메커니즘은 점차 밝혀지고 있지만, 지자기 역전이 왜 일어나는지는 아직 밝혀지지 않았다.
5. 과거 자기장 관측
20세기 초, 베르나르 브륀과 같은 지질학자들은 일부 화산암이 지역 지구 자기장의 방향과 반대 방향으로 자화되어 있다는 것을 처음 발견했다. 자기 역전에 대한 최초의 체계적인 증거와 시간 척도 추정은 1920년대 후반 마토야마 모토노리에 의해 이루어졌다. 그는 반전된 자기장을 가진 암석이 모두 초기 플라이스토세 시대 이상임을 관찰했다. 당시 지구의 극성은 제대로 이해되지 않았고, 역전 가능성은 거의 관심을 끌지 못했다.
30년 후, 지구 자기장이 더 잘 이해되었을 때, 지구의 자기장이 먼 과거에 역전되었을 수도 있다는 이론이 제기되었다. 1950년대 후반의 대부분의 고지자기 연구는 극의 이동과 대륙 이동에 대한 조사를 포함했다. 일부 암석이 냉각되는 동안 자기장을 역전시킨다는 것이 밝혀졌지만, 대부분의 자화된 화산암이 암석이 냉각되었을 때의 지구 자기장의 흔적을 보존한다는 것이 분명해졌다. 암석의 절대 연령을 얻을 수 있는 신뢰할 수 있는 방법이 없었기 때문에, 역전은 대략 백만 년마다 발생한다고 생각되었다.
역전에 대한 이해의 다음 주요 발전은 1950년대에 방사성 연대 측정 기술이 향상되면서 이루어졌다. 앨런 콕스와 리처드 도엘은 미국 지질 조사소에서 역전이 규칙적인 간격으로 발생하는지 알고 싶어했고, 그들은 지질연대학자 브렌트 달림플을 그룹에 초대했다. 그들은 1959년에 최초의 자기 극성 시간 척도를 만들었다. 그들은 데이터를 축적하면서, 호주 국립 대학교의 돈 탈링 및 이언 맥두걸과 경쟁하면서 이 척도를 계속 개선했다. 라몬트-도허티 지구 관측소의 닐 옵다이크가 이끄는 그룹은 동일한 역전 패턴이 심해 코어의 퇴적물에 기록되어 있음을 보여주었다.
현재 섭입되지 않은 해저(또는 대륙판 위로 밀려 올라온 해저)는 이상 된 것이 없기 때문에, 더 오래된 역전을 감지하기 위해 다른 방법이 필요하다.
5. 1. 해저
1950년대와 1960년대에 연구선을 통해 지구 자기장의 변화에 대한 정보가 주로 수집되었지만, 해양 항해 경로가 복잡하여 항해 데이터와 자력계 판독값을 연결하기 어려웠다. 자료가 지도에 표시되면서, 해저에 놀랍도록 규칙적이고 연속적인 자기 줄무늬가 나타난다는 것이 분명해졌다.
1963년, 프레데릭 바인과 드러먼드 매튜스는 해리 헤스의 해저 확장 이론과 알려진 역전 시간 척도를 결합하여 간단한 설명을 제시했다. 해저 암석은 형성될 때 자기장의 방향으로 자화된다. 따라서 중앙 해령에서 해저가 확장되면 해령과 평행한 자기 줄무늬 쌍이 생성된다. 캐나다의 L. W. 몰리는 1963년 1월에 유사한 설명을 독립적으로 제안했지만, 그의 연구는 과학 저널 ''네이처''와 ''지구물리학 연구 저널''에서 거부되었고, 1967년 문학 잡지 ''새터데이 리뷰''에 게재될 때까지 출판되지 않았다. 몰리-바인-매튜스 가설은 대륙 이동의 해저 확장 이론에 대한 최초의 주요 과학적 검증이었다.
과거의 자기장 역전은 육지의 굳어진 강자성 광물이나 냉각된 화산 흐름의 고화된 퇴적층에 기록된다. 1966년부터 라몬트-도허티 지질 관측소 과학자들은 태평양-남극 해령을 가로지르는 자기 프로파일이 대칭적이며 북대서양의 레키야네스 해령의 패턴과 일치한다는 것을 발견했다. 동일한 자기 이상이 전 세계 대부분의 대양에서 발견되었으며, 이를 통해 대부분의 해양 지각이 언제 발달했는지 추정할 수 있었다.
5. 2. 퇴적암
퇴적암은 철분이 풍부한 광물을 소량 함유하고 있으며, 이 광물들의 방향은 형성 당시 주변 자기장의 영향을 받는다. 이러한 암석은 이후 화학적, 물리적, 생물학적 변화에 의해 지워지지 않는 한 자기장의 기록을 보존할 수 있다.지구 자기장은 전 지구적인 현상이므로, 서로 다른 지역에서 유사한 자기장 변화 패턴을 이용하여 연대를 계산하는 데 활용할 수 있다. 지난 40년 동안 해저 연대(최대 )에 대한 고지자기 데이터는 다른 지역의 지질 단면 연대 추정에 사용되었다. 이는 독립적인 연대 측정 방법은 아니지만, 방사성 동위원소 시스템과 같은 "절대" 연대 측정 방법에 의존하여 수치 연대를 얻는다. 지표 화석을 얻기 어려운 변성암 및 화성암 형성을 연구할 때 특히 유용하다.
77만 년 전 자기장 역전의 증거가 되는 지층은 지바현 이치하라시 다부치의 요로 강변 절벽[9] (지바 단면)과 이탈리아의 몬텔바노 이오니코 및 빌라 데 마르셰에 존재한다[8].
6. 역전의 영향
지구자기 역전 시에는 그전까지 지자기에 의한 로렌츠 힘으로 튕겨져 나가던 우주선의 대기권 유입량이 증가할 것으로 보인다. 특히 지자기 역전기 등 쌍극자 성분이 약해지고 상대적으로 사중극자 성분(4중극)이 강해지는 지자기 이벤트나 geomagnetic excursion|지자기 이탈 현상영어에서는 중저위도 지역에서 현저해질 가능성이 높다.
이러한 현상이 발생하면 대기가 전리되어 빙결핵이 증가할 것으로 예상된다. 빙결핵이 증가하면 과냉각 상태의 수증기가 응결하여 구름 발생이 증가한다. 따라서 일사량이 감소하여 기후가 한랭화될 것으로 보인다. 또한 이것이 빙하기 도래 등의 기상 변동의 요인이 된다는 설이 있다.[10]
6. 1. 생물권에 대한 영향
지구자기극성 시간 척도가 처음 제작된 후, 과학자들은 지구자기 역전이 대멸종과 연관될 수 있다는 가능성을 탐구했다. 그러나 더 면밀한 분석 결과 역전 기록이 주기적이지 않다는 것이 밝혀졌고, 통계적 분석에서도 역전과 멸종 사이의 상관관계에 대한 증거는 없었다.역전 기간 동안 지구 자기장이 약해져 반 알렌 복사대에 갇힌 고에너지 입자가 방출되어 지구를 폭격할 수 있다는 가설이 있었다. 그러나 지구 대기는 고에너지 입자에 대한 장벽 역할을 하며, 우주선 충돌로 인해 베릴륨-10 또는 염소-36의 2차 방사선이 생성된다는 것이 확인되었다. 2012년 연구에서는 41,000년 전 라샹 사건 역전 동안 베릴륨-10의 피크가 나타났으며, 이로 인해 역전 동안 자기장 세기가 정상의 약 5%로 감소한 것으로 추정되었다.
McCormac과 Evans는 역전 동안 지구 자기장이 완전히 사라진다고 가정하고, 화성의 대기가 태양풍에 의해 침식된 것처럼 지구 대기에서도 이온이 제거될 것이라고 예측했다. 그러나 고지자기 세기 측정 결과, 역전 동안에도 자기장이 사라지지 않았으며, 자기권계면은 브륀-마튜야마 역전 동안 약 3 지구 반경에 위치했던 것으로 추정된다. 내부 자기장이 사라지더라도, 태양풍은 지구의 전리층에 자기장을 유도하여 고에너지 입자로부터 표면을 보호할 수 있다.
지구자기 역전 시에는 우주선의 대기권 유입량이 증가할 것으로 예상된다. 특히 쌍극자 성분이 약해지고 사중극자 성분이 강해지는 지자기 이벤트에서는 중저위도 지역에서 이러한 현상이 두드러질 수 있다.
이러한 현상은 대기를 전리시켜 빙정핵을 증가시키고, 이는 과냉각 상태의 수증기를 응결시켜 구름 발생을 증가시킬 수 있다. 결과적으로 일사량이 감소하여 기후가 한랭화될 수 있으며, 이는 빙하기 도래와 같은 기후 변화의 요인이 된다는 설이 있다.[10]
6. 2. 기후 변화에 대한 영향
지구자기역전으로 인해 그전까지는 지자기에 의한 로렌츠 힘으로 튕겨져 나가던 우주선의 대기권 유입량이 증가할 것으로 보인다.특히 지자기 역전기 등 쌍극자 성분이 약해지고 상대적으로 사중극자 성분(4중극)이 탁월해지는 지자기 이벤트나 geomagnetic excursion|지자기 이탈 현상영어에서는 중저위도 지역에서 현저해질 가능성이 높다.
이러한 현상이 발생하면 대기가 전리되어 빙결핵이 증가할 것으로 예상된다. 빙결핵이 증가하면 과냉각 상태의 수증기가 응결하여 구름 발생이 증가한다.
따라서 일사량이 감소하여 기후가 한랭화될 것으로 보인다.
또한 이것이 빙하기 도래 등의 기상 변동의 요인이 된다는 설이 있다[10]。
6. 3. 자기권 변화
지구자기극성 시간 척도가 처음 제작된 후, 과학자들은 역전이 대멸종과 연관될 수 있다는 가능성을 연구하기 시작했다. 그러나 더 면밀한 분석 결과 역전 기록이 주기적이지 않다는 것이 밝혀졌다. 멸종과 역전 사이의 상관관계를 검증하는 것은 여러 가지 이유로 어렵고, 통계적 분석에 따르면 둘 사이에 상관관계가 있다는 증거는 없다.역전 시 지구 자기장이 약해져 반 알렌 복사대에 갇힌 고에너지 입자가 방출될 수 있다는 가설이 있었다. 그러나 계산 결과, 지구 쌍극자 자기장이 완전히 사라져도 대기가 고에너지 입자로부터 지구를 보호하며, 우주선 충돌로 인해 베릴륨-10 또는 염소-36의 2차 방사선이 생성된다는 것이 확인되었다. 2012년 연구에서 41,000년 전 라샹 사건 역전 동안 베릴륨-10의 피크가 나타났고, 이 기간 자기장 세기가 정상의 약 5%로 감소한 것으로 추정되었다. 이는 지구자기 세속 변화와 역전 동안 모두 발생한다는 증거가 있다.
McCormac과 Evans는 역전 동안 지구 자기장이 완전히 사라진다고 가정하고, 화성의 대기가 자기장 부재로 인해 태양풍에 침식되었을 수 있다고 주장했다. 그러나 고지자기 세기 측정 결과 역전 동안에도 자기장이 사라지지 않았으며, 자기권계면은 브륀-마튜야마 역전 동안 약 3 지구 반경에 위치했던 것으로 추정된다. 내부 자기장이 사라지더라도 태양풍이 지구 전리층에 자기장을 유도하여 고에너지 입자로부터 표면을 보호할 수 있다.
지구 자기 역전 시에는 우주선의 대기권 유입량이 증가할 것으로 예상된다. 특히 지자기 역전기 등 쌍극자 성분이 약해지고 사중극자 성분이 강해지는 시기에는 중저위도 지역에서 이러한 현상이 두드러질 수 있다.
이러한 현상은 대기를 전리시켜 빙정핵을 증가시키고, 이는 과냉각 상태의 수증기를 응결시켜 구름 생성을 늘린다. 그 결과 일사량이 감소하여 기후가 한랭화될 수 있다.
이것이 빙하기 도래와 같은 기후 변화의 요인이 된다는 주장도 있다.[10]
참조
[1]
웹사이트
PRELIMINARY PALEOMAGNETIC RESULTS FROM THE COYOTE CREEK OUTDOOR CLASSROOM DRILL HOLE, SANTA CLARA VALLEY, CALIFORNIA
https://pubs.usgs.go[...]
アメリカ地質調査所
2003-01
[2]
웹사이트
ちじき‐の‐ぎゃくてん【地磁気の逆転】
https://kotobank.jp/[...]
null
[3]
웹사이트
地球磁場の逆転 ちきゅうじばのぎゃくてん reversal of geomagnetic field
https://kotobank.jp/[...]
null
[4]
서적
古地磁気学
http://www.utp.or.jp[...]
東京大学出版会
1999-04-21
[5]
간행물
松山基範 ―磁気層序学の開拓的研究―(地学者列伝)
https://doi.org/10.1[...]
地学団体研究会
2004
[6]
서적
地球の物理学事典
朝倉書店
2013-07-10
[7]
웹사이트
Age of Matuyama-Brunhes boundary constrained by U-Pb zircon dating of a wide-spread tephra
http://geology.gsapu[...]
Geological Society of America
2015-06-01
[8]
웹사이트
地球最後の磁場逆転は従来説より1万年以上遅かった 千葉県市原市の火山灰層の超微量・高精度分析により判明
http://www.nipr.ac.j[...]
国立極地研究所
2015-05-20
[9]
웹사이트
市原市田淵の地磁気逆転期地層のGSSPへの認定について
https://www.city.ich[...]
2017-11-17
[10]
PDF
太陽活動に伴う宇宙線変動と気候変動
http://www.jspf.or.j[...]
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com