자기장의 변화로 본 우주 일년의 주기

자기장의 변화로 본 우주 일년의 주기

1. 지구자기장 변화의 주범은 지구 궤도 변화 (자전축 이동)

[출처 : http://physicsweb.org/article/news/6/3/20 : 2002년 03월 28일]

지구자장의 세기(intensity)와 경사각(inclination)의 장기적인 변화가 지구 궤도 이심률(eccentricity)을 변화에 의해 발생된다는 사실이 일본 지구물리학자들의 연구로 밝혀졌다.

저명한 과학학술지인 사이언스(Science) 최신호(T Yamazaki and H Oda 2002 Science 295 2435)에 투고된 토시추구 야마자키(Toshitsugu Yamazaki)와 히로쿠니 오다(Hirokuni Oda) 박사의 연구 보고서에 따르면 연구진은 225만년의 시간에 해당하는 해양침전물 샘플을 채집해서 그 샘플의 자기적 성질을 조사한 결과 지구의 자기장이 10만년을 주기로 변화한다는 사실을 발견했다고 한다. 일본 연구진의 이번 연구결과는 지구를 움직이는 힘의 원천을 연구하는데 새로운 단서를 제공할 것으로 보인다.
 

<참고> 지구 궤도 이심률의 효과란 무엇인가?

공전궤도의 이심률이 최대가 되면 빙하기(왼쪽)로, 최소가 되면 간빙기(오른쪽)가 된다. 약 10만년을 주기로 지구의 공전 궤도가 정원에 가까운 모양에서 타원으로 변하게 되는데 이 주기 동안에 지구와 태양의 거리는 1천8백2십7만 km나 변화한다. 이심률이 최대가 되는 시기에 지구와 태양의 거리가 최대가 되며, 겨울은 한달 이상 길어지고 지구는 추워진다.

지구자기현상(geomagnetism)에 대한 최신 이론은 지구 자기장을 유지하는 원동력은 열에너지와 중력에너지 라고 설명하고 있다. 하지만 일본 연구진에 의해 발견된 지구자기장의 세기와 경사의 장기적인 변화패턴은 기존의 최신 이론으로는 설명이 불가능하다. 기존 이론이 말하는 이러한 변화는 상대적으로 단기적인 변화에 해당하기 때문이다.

장기적인 지구자기장의 변화를 연구하기 위해 일본 연구진은 적도 근처 해저 침전층으로부터 42 깊이까지 수직으로 시추했다. 연구진은 1700 개 가량의 샘플에 대한 자화(magnetization) 시험을 실시해서 해저 침전물의 자기장의 방향을 측정했다. 그 결과 연구진은 지구 자기장이 10만년을 주기로 변화해왔다는 사실을 발견하게된 것이다.

연구진은 기후 변화 등의 여러 가지 가능성을 모두 고려한 결과 10만년 주기의 지구자기장 변화는 지구 궤도의 이심률 변화에 따른 것이라는 결론을 얻었다. 이심률은 지구 궤도가 원형 궤도에서 얼마나 벗어나 있는가를 나타내는 수치로 0에서 1 사이의 값을 갖는다. 그 수치의 값이 클수록 타원에 가까운 궤도를 나타내는 것이다.

천문학자들은 지구의 공전궤도 이심률이 10만년을 주기로 0에서 0.06 사이의 값 범위에서 변화한다는 사실을 알고 있다. 이러한 사실은 지구가 어느 시기엔 태양에 더 가깝게 공전한다는 것을 의미한다. 연구진은 지구 중심을 구성하는 구핵의 작은 변화가 지구 자기장에 변화를 초래했고 이러한 변화가 해양침전물에 영향을 미쳤다고 생각하고 있다.

<참고> 지구 자기장의 역전이란 무엇인가? 자석에는 N, S 극이 있으며, 나침반의 바늘에 있는 N, S 극은 항상 지도상의 북과 남을 가리키게 되는데, 이는 지구 자체가 거대한 자석임을 의미한다.  그리고 대부분의 모든 전기 장치를 작동할 때 필연적으로 자기장이 생기게 되는데, 지구가 자석이라면 지구 바깥의 우주 공간에 자기장이 형성되어 있을 것이다. 과거의 지구자기의 역사를 연구하기 위해서는 암석이 지닌 자기적 성질을 이용한다. 예를 들면, 마그마가 냉각되어 암석으로 굳어질 때, 암석 속에 포함된 자철석과 같은 자성을 띠는 광물들은 그 당시의 지구 자기장 방향으로 자화(磁化)되어 남아 있기 때문이다. 맨틀로부터 상승하는 마그마가 중앙 해령의 확장축을 따라 분출하면서 냉각되어 새로운 해양 지각을 만들고 해양은 점점 더 넓어지는데, 다음의 정상과 역전을 나타내는 검고 흰 줄무늬는 과거 지질 시대에 지구 자기장의 N 극이 북극을 가리키는 정상과 남극을 가리키는 역전이 되풀이하는 동안, 당시의 지구 자기장의 방향에 따라 대칭적으로 자화된 줄무늬이다. 이 현상은 지축의 이동, 지축의 역전이 주기적으로 발생한다는 강력한 증거가 된다. 왜냐하면 해양저는 지구의 과거역사를 기록하는 녹음기이기 때문이다.     지구의 자기장이 활발하게 변동하고 있다는 것이 알려진 것은 상당히 최근의 일이다. …… 자기장의 가장 큰 변화는 지구 자기장의 남북이 완전히 바뀌는 역전현상이다. …… 해저의 용암을 조사함으로서 지구의 자기장이 아득한 옛날부터 오늘에 이르기까지 몇 백 번이나 남북이 서로 바뀌었다는 것을 알게 되었다. …… 5~8만 년 전에도 짧은 기간의 역전 기록이 남아 있다.(이것은 현대과학으로 우주일년의 주기를 풀 수 있는 대단히 중요한 단서 중 하나이다. 즉 오만 년 전이면 이번 우주일년의 봄(카오스)개벽이요. 8만 년 전이면 전우주 일년의 겨울개벽과 일치한다.) …… 지구 자기장의 갑작스런 역전에 따라, 대부분의 경우 생물종의 멸종과 진화를 보게된다. 하지만 그 이유는 아직 명확하게 밝혀진 바 없다. (1999.10, 월간과학 『Newton』중에서)

2. 북자기점이 2005년에는 캐나다에서 러시아로 이동년에는 캐나다에서 아로 이동

정보출처 Le Figaro (AFP) 원문언어 프랑스어 출판날짜 2002년 02월 22일

국가 캐나다 주제분야 지구 및 자원공학 일반(E10) 원본파일 /upload/etoiles/pole.doc
 

북자기점의 이동이 빨리 진행되고 있다는 연구 결과가 나왔다. 캐나다의 지질학회의 한 과학자인 Larry Newitt 의 연구 결과에 의하면 약 2005년에는 북자기점이 캐나다 영토를 떠나 러시아 쪽으로 이동할 것이 확실하다는 결과를 발표했다. 북자기점은 1831년 발견 이후로 계속해서 북쪽으로 이동하고 있음이 관측된 바 있다. 연구자인 M. Newitt에 의하면 1970년대 전에는 북자기점의 이동 속도가 일년에 10km 정도였는데 현재 그 이동속도는 일년에 약 40km 에 달하고 있다고 전했다. 이러한 북자기점의 이동 속도의 증가는 지구 핵의 지자기학의 심한 진동에 의한 결과라고 그 이유를 설명했다. 북자기점은 현재 북극의 Ellef Ringnes 섬의 북서쪽으로 150km 떨어진 지점에 위치하고 있다. 지금으로 부터 3년 뒤면 북자기점의 위치가 캐나다 영해을 벗어나게 된다. 현재 북자기점 이동의 경로는 약 50년 뒤에 시베리아 지역에 도착하게 될 것이라고 M. Newitt 는 AFP 기사들 앞에서 발표했다. 이후 북자기점은 Severnaja Zemlja 섬의 대양으로 이동하게 될 것이라고 한다. 하지만 북자기점의 이동 방향이 수시로 바뀔 가능성이 있어 어느 누구도 장담할 수 없다고 것붙였다. 북자기점의 다른 지점으로의 이동은 북자기점으로부터 수직방향의 지구 내부에 자기장 형성 지역이 있음을 의미한다. 북자기점의 중요성은 북자기점을 중심으로 자기장의 방위각을 계산하는 데 중요한 요소가 된다. 자기장의 방위각은 현재 항공기나 선박의 항로 위치를 아는데 매우 중요하게 사용되고 있다. http://www.figaro.fr/perm/afp/sci/020222183127.uv32knyv.html

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3. 자북과 진북

* 중앙일보 논설기사입니다.

나침반은 첨단기술 시대나 위성항법 시대에도 항해의 필수품이다. 여행 도중에 길을 잃거나 방향을 알 수 없을 때 나침반만큼 간단하게 방향을 가늠하게 해주는 도구가 없기 때문이다.

그런데 나침반의 자침 방향과 실제의 방향은 약간의 차이가 있다. 나침반이 가리키는 북쪽 중심인 자북(磁北)과 실제 지구의 북쪽 중심인 진북(眞北)간에는 차이가 있는 것이다.

자북과 진북의 차이에 대한 최초의 기록은 11세기 중국 송나라 때 사천감(司天監)을 지낸 심괄(沈括)의 '몽계필담(夢溪筆談)'에 나온다. 요즘엔 항해사나 탐험가들도 이미 이러한 사실을 알고, 오차를 보정하면서 행동하고, 대형 선박 등은 자북과 진북의 차이가 없는 '자이로컴퍼스'를 의무적으로 장착하고 있어 큰 문제가 없다. 하지만 자북과 진북의 차이는 오늘날에도 여전히 맹신(盲信)의 위험을 교육하는 좋은 예로 활용되고 있다.

진북과 진남을 직선으로 이으면 그게 바로 지구의 회전축이 된다. 별의 위치를 기준으로 할 때 지구의 회전축은 북극성을 향하고 있다.

그런데 지구는 달과 태양 인력의 영향을 받아 회전축 방향이 약 2만6천년 주기로 움직이는 일명 세차운동(歲差運動)을 한다. 이런 세차운동 중 주기가 짧고 진폭이 작은 운동을 장동(章動)이라 한다. 과학자들은 회전축 방향의 이동이 약 2만6천년 주기로 미세하게 이뤄지기 때문에 이런 변화를 무시해도 된다고 말한다. 하지만 역학(易學)을 공부하는 사람들 중 일부는 지구 회전축이 대칭되는 방향으로 완전히 이동할 경우 지구에 새로운 질서가 초래되는 후천개벽이 열린다고 주장한다.

지구의 회전운동을 지각을 기준으로 측정하면 지면에 대해 북극.남극의 위치가 변하는 극 이동이 관측된다. '찬들러 진동'이라 부르는 이런 극이동 주기는 4백40일, 진폭은 수m다.

현재 지구상의 자북은 캐나다의 북쪽 끝인 레절루트 베이 부근에 있으며 진북과는 약 9백66㎞ 떨어져 있다. 최근 캐나다 연구팀의 보고에 따르면 북극해를 떠다니는 자북점의 이동속도가 빨라져 2005년께 캐나다 영토를 벗어나고 약 50년 후에는 러시아 영토내로 완전 편입될 수도 있다고 한다.

물론 연구팀은 과거의 예로 볼 때 자북이 다시 반대로 움직일 수도 있다고 말한다. 하지만 최근의 황사와 남극빙하의 대균열에서 보듯 뭔가 새로운 환경재앙을 예고하는 것이 아닐까 두렵기만 하다.

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