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[비센의 재미있는 과학 이야기] 외핵의 흐름과 지구 자기장

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작성자 석준영 쪽지보내기 메일보내기 홈페이지 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일16-12-22 11:30 조회233회 댓글0건

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아직도 신비에 싸여 있는 지구 내부, 강한 압력과 높은 온도로 구성

지구 자기장 역전 현상, 인류 문명에 끼칠 영향에 대한 논쟁 존재

 

 

 

대기권의 대류권 상층부와 성층권 사이에는 제트기류(jet stream)이라고 불리는 강한 풍속의 기류가 있으며, 비행기들이 서쪽에서 동쪽으로 이동할 때, 이 제트기류에 편승해서 이동한다는 것은 많은 사람들이 잘 알고 있는 사실입니다. 지구 자기장의 정밀 측정을 진행하는 <SWARM 프로젝트>를 연구하는 유럽 공동 연구진 연구 발표에 따르면 이와 같은 제트기류가 하늘 위가 아니라 반대로 땅속 깊은 곳, 지구의 외핵(outer core)부분에도 존재한다고 합니다.

 

<SWARM 프로젝트>는 유럽항공우주국(European Space Agency, ESA)의 지구 자기장 정밀 측정을 위한 연구단으로 2013년에 발사된 세 개의 SWARM 인공위성을 이용해서 지구 자기장의 흐름을 측정하고 있습니다. 이들은 지상 460 km에 위치한 두개의 인공위성과 530 km 상공에 있는 하나의 위성을 이용해서 지구 내부에서 발산되는 자기장 신호를 측정하고, 이를 바탕으로 지구 전체의 자기장 모델을 만들어 내는 연구를 진행하고 있습니다.

최근 이 연구팀에서 유명 과학 논문지인 네이처(Nature in Geoscience)에 게재한 연구결과에 따르면 지구 내부 깊숙한 곳에 약 시속 40 km 속도로 움직이는 빠른 유속의 흐름(jet stream)이 존재하며, 현재 약 420 km 폭의 이 흐름은 북반구의 알래스카와 시베리아 부분의 아래쪽을 흐르고 있다고 합니다. 시속 40 km 라면 그렇게 빠르게 느껴지지 않을 수도 있지만, 이는 바람이나 자동차와 같은 흐름이 아니라 높은 온도로 용융되어 있는 중금속을 포함한 액체금속의 흐름을 이야기하는 것이며, 이 속도는 외핵 다른 부분의 평균 유속의 약 세배, 그리고 지표면의 지각 운동에 비교하면 수십만배나 빠른 속도이니 땅속의 제트기류라 부르는 것이 잘못된 표현은 아닐 것입니다.

 

지구 내부는 아직까지도 많은 부분이 밝혀지지 않은 미지의 세계입니다. SWARM 프로젝트 책임자인 크리스 핀레이(Chris Finlay)박사의 말을 빌리자면, 우리는 심지어 지구 내부보다 태양의 내부에 대해서 더 잘 알고 있는데, 이는 지구의 내부가 약 3,000 km 암석으로 가려져 있기 때문입니다. 지구 반지름의 약 절반에 해당하는 부분이 땅, 즉 단단한 암석구조이기 때문에, 그 내부를 관측하기가 어렵다는 이야기입니다. 그동안 과학자들이 알아낸 몇가지 관측결과에 따르면 지구의 땅 속 깊은 곳에는 강한 압력과 높은 온도때문에 철 등의 금속마저도 고온의 액체상태로 존재하는 영역이 있는데, 이를 외핵(outer core)이라고 합니다. 이 부분의 액체금속 흐름은 지구의 자기장과 밀접한 관계를 같습니다. 많은 분들이 지구는 하나의 커다란 자석과 같아 주변에 자기장이 형성되어 있으며, 그 덕분에 나침반으로 남북방향을 가늠할 수 있다는 것을 알 수 있습니다. 이러한 지구 자기장이 바로 외핵 내부의 액체 금속의 흐름 때문에 만들어지는 것이며, 절대적으로 고정된 것이 아니라 그 흐름에 따라서 주기적으로 자기장의 세기와 방향이 바뀌고 있습니다.

지금 현재 우리가 방위상 북쪽이라고 말하는 곳은 자기적으로는 남극(S pole)에 해당하고, 남쪽 방향이 자기적 북극(N pole)에 해당합니다. 흥미로운 사실은 이러한 자기적 남북극의 위치가 고정된 것이 아니라 평균 몇 십만 년 정도 주기로 변화하여 남북의 방향이 뒤집히곤 해왔다는 것입니다. 또한 최근 몇년간 지구의 자기장은 눈에 띄게 그 세기가 약화하는 추세에 있고, 자기적 북극의 위치가 일정 방향성을 띄고 이동하고 있는 것들이 관측되고 있는데, 이런 것들을 지구자기장 역전의 전조현상으로 보아야하는 가에 대한 논란이 일고 있습니다. 이번 연구팀의 외핵 내의 제트기류존재에 대한 관측은 이러한 논란에 보다 확실한 답을 해줄 수 있을 거라는 기대감에 관련학계의 주목을 받고 있는 상황입니다.

 

이러한 지구 자기장의 변화 현상과 그 원인이 과학계의 관심을 끄는 이유는 자기장의 역전현상이 지구 종말설의 원인으로 자주 언급되기 때문입니다. 실제 지구 자기장은 지구 생명체에 많은 중요한 역할을 담당하고 있는데, 가장 중요한 것은 지구자기장이 외부로부터 들어오는 해로운 우주방사선(cosmic ray)를 차단해 주는 방어막을 형성해주고 있는 것입니다. 그래서 혹자들은 지구 자기장이 역전되는 중간 어느 시점에서 방어막이 일시적으로 사라지는 효과가 일어나고 그로 인해 생명체들이 우주방사선에 노출되어 큰 피해를 입을 수 있다는 주장을 합니다. 뿐만 아니라, 자기장에 따라서 방향을 잡을 수 있는 비둘기, 박쥐, 고래 등의 방향감각에 이상이 생겨 많은 혼란을 야기할 수도 있다고 설명합니다. 물론 이에 대한 반론도 역시 존재합니다. 현생대이후 지구에는 적어도 수백번 이상의 자기장 역전현상이 있었다는 증거가 남아있고, 또한 인류가 지구에 출연한 이후에도 수십 번의 역전현상이 있었다는 것을 유추해 볼 때, 역전현상이 생물의 멸종 등과 직접적 관계가 있다고 보기 어렵다는 주장입니다.

 

인류 역사가 글로 기록된 이후에는 아직 한번도 자기장의 역전현상을 경험해 보지 못했기 때문에 그에 대한 기록을 찾아볼 수 없고, 또 앞서 말씀드렸듯이 지구 내부의 변화에 대한 정보들이 많이 부족하기 때문에 이에 대한 명확한 원리을 설명하거나 결과를 예측하기는 힘든 것이 사실입니다. 지구에 살고 있는 우리들의 삶은 마치 매우 오랜 기간 아름다운 집에서 살아오고는 있지만, 지하실 문을 어떻게 열어야 하는지 몰라 아직도 지하실 내부에 무엇이 있는지 모르고 있는 것과 같습니다. 조그맣게 난 구멍을 통해 대충 어떤 것들이 있는지 정도는 추측하고 있지만, 하루 빨리 문을 활짝 열고 구경하고 싶은 마음으로 많은 과학자들이 자물쇠를 열기 위한 노력을 하고 있는 것입니다. 어쩌면 그 지하실 한 구석에 우리 가족의 역사가 어떻게 시작된 것인지를 알려줄 앨범 하나가 놓여있을 것이라는 기대감을 안고서 말입니다.

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