지구과학 고3 지구 탄생과 생동하는 지구 심화

지자기 역전

지질 역사 동안 여러 차례 반복된 지구 자기장 극성 역전의 증거와 해양 지각의 고지자기 줄무늬와의 연관을 이해한다.

지구 자기장의 N극과 S극이 서로 뒤바뀌는 현상으로, 지질 시대 동안 불규칙한 간격으로 여러 차례 일어났으며 해양 지각의 고지자기 줄무늬에 그 역사가 기록되어 있습니다.

지구가 뒤집히는 것이 아닙니다. 뒤집히는 것은 나침반이 가리키는 방향뿐입니다 — 역전기에 나침반을 들고 있었다면 바늘이 남쪽을 가리켰을 것입니다.

쉽게 말하면

지구 자기장은 액체 외핵의 대류가 만듭니다. 대류는 정교한 기계가 아니라 요동치는 흐름이므로, 자기장도 세기와 방향이 계속 조금씩 변합니다. 그리고 아주 긴 시간 규모에서는 극성이 통째로 뒤바뀌는 일이 벌어집니다. 현재와 같은 극성인 시기를 정자극기, 반대인 시기를 역자극기라고 합니다.

이 사실을 어떻게 알았을까요. 암석이 대신 기록해 두었기 때문입니다. 마그마가 식어 굳는 순간 그때의 자기장 방향이 암석에 고정됩니다(고지자기). 서로 다른 시대의 용암층을 조사하면 자기 방향이 지금과 같은 층과 정반대인 층이 번갈아 나타납니다.

결정적인 무대는 바다 밑이었습니다. 해저 확장설에 따르면 해령에서 새 지각이 계속 만들어져 양옆으로 밀려 나갑니다. 그러니 해저는 역전의 역사를 시간 순서대로 기록한 테이프가 됩니다. 실제로 해령을 축으로 좌우 대칭인 자기 줄무늬가 관측되었고, 이것이 해저 확장의 결정적 증거이자 지자기 역전의 결정적 증거가 되었습니다. 두 이론이 서로를 떠받친 셈입니다.

역전은 규칙적인 주기로 일어나지 않습니다. 짧은 간격으로 자주 뒤집힌 시기도 있고, 아주 오랫동안 한 극성이 유지된 시기도 있습니다. 그래서 '다음 역전이 언제'라고 예측할 수 없습니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

해령을 축으로 대칭인 줄무늬

해저의 자기 줄무늬는 해령을 거울처럼 사이에 두고 같은 순서와 폭으로 반복됩니다. 해령에서 태어난 지각이 양쪽으로 똑같이 밀려 나가면서, 그때그때의 자기장 극성을 새겨 넣었기 때문입니다.
예시 2

육상 용암층에 새겨진 역전

여러 시대에 걸쳐 쌓인 용암층을 아래에서 위로 조사하면, 자기 방향이 지금과 같은 층과 반대인 층이 번갈아 나옵니다. 바다와 육지의 서로 다른 기록이 같은 역전의 순서를 가리킨다는 점이 이 결론을 튼튼하게 만듭니다.
예시 3

줄무늬의 폭이 알려 주는 것

한 극성이 오래 유지된 시기에는 그 시기에 만들어진 지각이 두꺼워져 줄무늬의 폭이 넓어집니다. 줄무늬 폭의 불규칙함 자체가 역전이 일정한 주기로 일어나지 않았다는 증거입니다.

자주 하는 오해

지자기 역전을 '지구가 뒤집히는 것'으로 상상하기

이렇게 생각하기 쉬움지자기가 역전되면 지구의 자전축이 뒤집혀 남극과 북극이 바뀐다

실제로는뒤바뀌는 것은 자기장의 극성뿐입니다. 지구의 자전축이나 대륙의 위치는 그대로입니다.

자기장은 외핵의 대류가, 자전축은 지구의 회전이 정합니다. 원인이 서로 다르므로 하나가 바뀐다고 다른 하나가 따라 바뀌지 않습니다. 역전기에 달라지는 것은 나침반 바늘이 가리키는 방향입니다.

역전이 일정한 주기로 일어난다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움지자기 역전은 몇십만 년마다 규칙적으로 반복되므로 다음 시점을 계산할 수 있다

실제로는역전의 간격은 매우 불규칙합니다. 자주 뒤집힌 시기도 있고, 오랫동안 한 극성이 유지된 시기도 있습니다.

해저 자기 줄무늬의 폭이 제각각이라는 사실이 그 증거입니다. 폭이 곧 그 극성이 유지된 기간에 해당하므로, 폭이 들쭉날쭉하다는 것은 주기가 없다는 뜻입니다. 원인인 외핵의 대류 자체가 요동치는 흐름이라 규칙적일 이유가 없습니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

고지자기고3

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

없음 — 이 개념이 마지막입니다

같은 단원의 개념 — 지구 탄생과 생동하는 지구

자주 묻는 질문

Q1역전이 일어나는 동안에는 자기장이 없어지나요?

완전히 사라진다기보다 세기가 크게 약해지고 방향이 복잡해진 뒤 반대 극성으로 자리를 잡는 것으로 봅니다. 그 기간에는 자기권의 보호가 평소보다 약해질 수 있습니다.

Q2왜 자기장이 뒤집히나요?

외핵의 대류가 만드는 자기장은 스스로를 유지하지만, 그 흐름이 완전히 안정된 것은 아닙니다. 흐름의 요동이 커지면 자기장의 구조가 무너졌다가 반대 극성으로 다시 세워질 수 있다고 봅니다.

Q3역전이 생물에게 위험한가요?

역전기에 자기장이 약해지면 우주에서 오는 입자가 더 많이 들어올 수 있습니다. 다만 과거 여러 차례의 역전이 대량 멸종과 뚜렷이 대응한다는 근거는 확립되어 있지 않습니다. 단정하기보다 아직 연구 중인 문제로 보아야 합니다.

교육과정 2022 개정 · 고3 지구과학 · 지구 탄생과 생동하는 지구 수록 심화 (교육과정 밖 확장 개념)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

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