지구과학 고3 지구 탄생과 생동하는 지구 심화

지구 자기장

외핵의 액체 철 대류로 생성되는 지구 자기장이 태양풍으로부터 지구를 보호하는 자기권을 형성함을 이해한다.

액체 상태인 외핵의 철이 대류하며 만들어 내는 지구 규모의 자기장으로, 지구를 감싸는 자기권을 이루어 태양풍의 하전 입자로부터 지구를 보호합니다.

지구 자기장은 눈에 보이지 않는 방패입니다. 태양이 끊임없이 쏟아 내는 입자들이 이 방패에 부딪혀 비껴 가기 때문에 대기와 생명이 지금처럼 남아 있을 수 있습니다.

쉽게 말하면

나침반이 북쪽을 가리키는 이유를 묻는 것으로 시작합시다. 지구 어딘가에 거대한 막대자석이 박혀 있는 것은 아닙니다. 철은 아주 뜨거워지면 자성을 잃는데, 지구 내부는 그 온도를 훨씬 넘습니다. 영구 자석이 있을 수 없다는 뜻입니다.

답은 '움직이는 금속'에 있습니다. 외핵은 액체 상태의 철입니다. 이 액체 금속이 열에 의해 대류하고, 지구의 자전이 그 흐름을 휘어 놓습니다. 전기가 잘 통하는 물질이 자기장 속에서 움직이면 전류가 흐르고, 그 전류가 다시 자기장을 만들어 스스로를 유지합니다. 이 자기 유지 장치를 다이나모라고 부르며, 이것이 지구 자기장의 근원입니다. 물리에서 배우는 자성체와 자기력의 원리가 지구 규모에서 작동하는 셈입니다.

자기장이 우주 공간까지 뻗어 나가 만든 영역이 자기권입니다. 태양풍은 태양에서 날아오는 하전 입자의 흐름인데, 하전 입자는 자기장 속에서 직진하지 못하고 휘어집니다. 그래서 대부분의 태양풍이 자기권 바깥으로 비껴 갑니다. 다만 완전히 막는 것은 아닙니다. 일부 입자가 자기력선을 따라 극지방으로 들어와 대기 입자와 충돌하며 빛을 내는데, 이것이 오로라입니다. 오로라가 극지방에서만 잘 보이는 이유가 여기 있습니다.

자기장은 고정되어 있지도 않습니다. 대류가 만드는 것이므로 세기와 방향이 조금씩 변하고, 아주 긴 시간 규모에서는 극이 통째로 뒤바뀌기도 합니다(지자기 역전). 그 역사가 암석에 새겨진 것이 고지자기입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

오로라 — 방패가 완벽하지 않다는 증거

자기력선은 극지방에서 지표로 모여듭니다. 태양풍 입자 중 일부가 이 통로를 따라 들어와 대기의 기체와 부딪히며 빛을 냅니다. 오로라가 고위도에서 주로 나타나는 것은 그곳이 자기장의 '입구'이기 때문입니다.
예시 2

나침반이 정확히 북쪽을 가리키지는 않는다

자기장의 극과 지구의 자전축이 만나는 지리적 극은 서로 어긋나 있습니다. 그래서 나침반이 가리키는 북쪽과 지도상의 북쪽 사이에 각도 차이가 생기며, 이 차이는 장소마다 다릅니다.
예시 3

자기장이 약해지면 무슨 일이 생기나

자기권이 약해지면 태양풍과 우주선이 더 많이 들어옵니다. 인공위성 전자 장비의 고장이나 통신 장애가 늘어날 수 있고, 강한 태양 활동 시기에는 실제로 그런 영향이 관측됩니다.