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37억 년 전 가장 오래된 지구 자기장의 증거 발견



 (An example of the 3.7 billion year old banded iron formation that is found in the northeastern part of the Isua Supracrustal Belt. Credit: Claire Nichols.)

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(Samples were extracted along transects to compare the difference between 3.5 billion year old igneous intrusions, and the surrounding rock which the researchers have shown holds a record of the 3.7 billion year old magnetic field. Credit: Claire Nichols.)

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(Study co-author Athena Eyster standing in front of a large exposure of banded iron formation, the iron rich deposit from which ancient magnetic field signals were extracted. Credit: Claire Nichols.)

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지구의 강력한 자기장은 태양풍으로부터 지구 대기를 보호할 뿐 아니라 지구 표면에 고에너지 우주선과 태양 방사선이 닿는 것을 차단해 땅 위에서도 안전하게 살 수 있게 해줍니다. 지구 자기장이 지금처럼 강력하지 않다면 인간을 포함한 많은 동식물이 땅 위에서 살아갈 수 없을 것입니다. 따라서 지구의 역사를 연구하는 과학자들은 이런 강력한 자기장이 언제 생겼고 어떻게 변했는지에 대해 많은 연구를 해왔습니다.

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과학자들은 오래 전 존재했던 지구 자기장의 세기를 측정하는 방법을 알고 있습니다. 철 같은 금속 물질이 녹았다가 식을 때 지구 자기장의 방향과 세기에 따라 철 입자에 마치 하드디스크처럼 기록이 남기 때문에 이를 조사하면 당시 자기장의 방향과 세기를 알 수 있는 것입니다. 하지만 수십 억 년 전 아주 오래된 기록의 경우 변형을 거치거나 제대로 보존이 되지 않는 경우다 대부분이라 신뢰할 수 있는 데이터를 확보하기 어렵습니다.

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옥스퍼드 대학의 지구 과학자인 클레어 니콜스 교수 Professor Claire Nichols (Department of Earth Sciences, University of Oxford)가 이끄는 연구팀은 지구 초기 지각이 보존된 그린란드의 이수아 (Isua)에서 결정화된 철 입자를 지닌 37억 년 지층을 찾아냈습니다. 이 지층의 기록을 분석한 결과 당시 지구장의 세기는 지금의 절반인 15 마이크로테슬라 (microtesla) 수준이었습니다. 사실 이는 예상보다 강한 수준입니다.

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현재 지구 자기장의 생성을 설명하는 주요 이론은 다이나모 (Dynamo) 이론입니다. 단단한 지구 내핵과 액체 금속 상태인 외핵이 자전에 따라 전자기 유도가 일어나면서 자기장이 형성됩니다.

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다이나모 이론: https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5750269&cid=61234&categoryId=61234

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따라서 강한 지구 자기장이 생긴 시기는 단단한 내핵과 액체 상태의 외핵이 생긴 시기와 비슷할 것으로 생각됩니다. 이번 연구는 37억 년 전에 이런 구조가 생겼다는 결정적인 증거는 아니지만, 어쩌면 이 시기부터 이미 이런 구조가 형성되기 시작했다는 점을 시사하는 결과일 수 있습니다.

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이렇게 손상되지 않은 상태로 보존된 고대 지층은 사실 그렇게 많지 않습니다. 과학자들은 이 지층을 연구하면서 고대 지구 자기장이 어떻게 생성되고 진화했는지를 연구하고 있습니다. 당장 우리와 연관이 없는 것 같아도 이는 지구 생명체가 어떻게 바다에서 나와 육지로 진출하고 또 지금 우리가 이렇게 안전하고 살고 있는 이유를 알아내는 과정입니다. 이렇게 데이터를 하나씩 확보하면 결국은 전체 과정을 알 수 있을 것으로 기대합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-04-oldest-undisputed-evidence-earth-magnetic.html

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Possible Eoarchean records of the geomagnetic field preserved in the Isua Supracrustal Belt, southern west Greenland, Journal of Geophysical Research Solid Earth (2024). DOI: 10.1029/2023JB027706

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