(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.)
(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.)
(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.)
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.
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.
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.
현재 지구 자기장의 생성을 설명하는 주요 이론은 다이나모 (Dynamo) 이론입니다. 단단한 지구 내핵과 액체 금속 상태인 외핵이 자전에 따라 전자기 유도가 일어나면서 자기장이 형성됩니다.
다이나모 이론: https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5750269&cid=61234&categoryId=61234
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.
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.
참고
https://phys.org/news/2024-04-oldest-undisputed-evidence-earth-magnetic.html
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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