지구 자기장 역전

지자기는 지구를 둘러싸고 있는 자기장을 의미하며, 거대한 막대자석처럼 북극과 남극을 가지고 있다.

 

지자기 역전은 액체 상태인 철과 니켈로 이루어진 지구 외핵의 혼돈스러운 특성 때문에 발생한다. 지구 자기장은 외핵에 있는 액체 상태의 철이 흐르면서 전류를 만들어내는 다이나모(Geodynamo) 과정에 의해 형성된다. 지구 내부에서 내핵의 열은 외핵의 액체 금속을 위아래로 움직이게 한다. 지구가 자전하고 있기 때문에, 이 액체 흐름은 전향력(코리올리 효과)에 의해 나선형으로 꼬이게 되며, 이로써 자기장이 형성된다.

 

액체 상태의 외핵은 대류와 열에 의해 끊임없이 움직이는데, 이 움직임은 지표면의 기상 패턴이 변하는 것처럼 난류가 발생하고 혼돈 상태 흐름이 요동치거나 불안정해질 수 있다. 이러한 복잡한 흐름이 크게 변하면 자기장이 약해지다가 결국 반대 방향으로 재편성되는데, 이것이 바로 자기 역전이다.

 

지구의 물리적인 자전 방향은 그대로 유지되며 뒤집히거나 멈추지 않기 때문에, 자기 역전은 지리적인 북극은 그대로 둔 채, 자기적인 N극과 S극의 위치만 서로 바뀐다. 역전이 나타날 때는, 먼저 주 자기장이 크게 약해지기 시작하며, 때로는 평소 세기의 10% 수준까지 떨어질 수도 있다. 주 자기극이 약해지면 지구 곳곳에 여러 개의 '미니 자기극'이 나타나기도 한다. 결국 자기 흐름이 다시 안정화되지만, 이번에는 극성이 뒤집힌 상태가 되며 자기장의 세기는 정상적으로 돌아온다.

 

과학자들은 화성암 분석을 통해 지구 역사상 이러한 역전이 수백 번 일어났음을 발견했다. 대략 20만 년에서 30만 년마다 발생해 왔다고 알려진다. 현재 지구 자기장은 점차 약해지고 있어 일부 학자들은 우리가 역전 과정의 초기 단계에 진입했을 가능성을 제기하고 있다.

 

자기장은 유해한 태양풍과 우주 방사선을 막아주는 방패 역할을 하는데 역전과정동안 자기장은 최대 90%까지 약해지므로 더 많은 고에너지 입자들이 상층 대기에 도달할 것이다. 따라서 장기적으로 피부암 발생률이나 유전자 변이를 약간 증가시킬 가능성이 있다. 또한, 인공위성들이 태양 입자에 직접 노출되어 GPS나 통신망의 빈번한 오작동을 일으킬 수 있고, 약해진 자기장으로 들어오는 태양 활동은 전력선에 거대한 유도 전류를 발생시켜, 변압기를 파손시키고 전 세계적인 정전 사태를 일으킬 수도 있다. 새, 바다거북, 고래와 같은 많은 동물은 지구를 가로질러 이동할 때 '자기 수용체'를 이용해 길을 찾는데, 자기극이 이동하거나 여러 개의 미니 자기극이 나타나면, 이 동물들은 방향 감각을 잃어 집단 좌초되거나 번식지로의 이동에 실패할 수도 있다.