지구가 형성한 거대한 자기장

1. 다이너모 이론 - 액체 금속이 움직이며 전기를 만든다#

지구 중심부에는 반지름 약 3,500km에 달하는 핵이 존재한다. 이 핵은 다시 단단한 고체 상태인 내핵과, 고온으로 녹아내린 액체 상태인 외핵으로 나뉜다. 이 외핵의 성분이 바로 자성을 띨 수 있는 핵심 원소인 철(Fe)과 니켈(Ni)이다.

지구 내부는 상상할 수 없을 정도로 뜨겁기 때문에 외핵의 액체 철은 가만히 멈춰있지 못하고 끊임없이 움직인다.

• 대류 현상: 뜨거워진 액체 철은 위로 올라가고, 식은 철은 아래로 내려가는 격렬한 대류가 일어난다.

• 지구의 자전: 여기에 지구가 스스로 도는 자전력까지 더해지면서, 외핵의 액체 철들은 거대한 소용돌이를 치며 회전하게 된다.

앞서 자석의 원리를 알아봤을 때, ‘전하를 가진 알갱이가 움직이면 자기장이 생긴다’고 했다. 외핵의 거대한 액체 철 소용돌이는 그 자체로 엄청난 양의 전자를 이동시키는 꼴이 되며, 이로 인해 지구 내부에는 상상할 수 없을 만큼 거대한 전류가 흐르게 된다. 이 전류가 지구 외부까지 뻗어나가는 강력한 지구 자기장을 형성하는 것이다. 물리학에서는 이를 ‘다이너모 이론(Dynamo Theory)’이라고 부른다.

2. 지구 자석의 역설 - 북극은 사실 S극이다#

여기서 재미있는 반전이 존재한다. 우리가 흔히 북극(North Pole)이라고 부르는 자리는 자석의 성질로 따지면 S극에 해당한다.

• 나침반의 N극은 인력에 의해 다른 자석의 S극을 향해 끌려가게 되어 있다.

• 나침반을 들었을 때 N극이 지리상의 북극을 가리킨다는 것은, 지구 북극 지하에 거대한 S극의 성질이 도사리고 있음을 뜻한다.

• 반대로 지리상의 남극은 자석의 N극 성질을 띠고 있다. 지구 자기장은 남극(N극)에서 뿜어져 나와 우주 공간을 크게 돌고 난 뒤 북극(S극)으로 빨려 들어가는 거대한 루프를 형성한다.

3. 지구 자기장이 사라진다면#

“지구 자기장은 단순한 나침반용 이정표가 아니다. 태양이 뿜어내는 치명적인 방사선 폭풍으로부터 지구상의 모든 생명체를 지켜내는 거대한 방어막이다.”

태양은 끊임없이 초고온의 대전 입자 플라즈마인 태양풍을 우주로 뿜어낸다. 만약 지구에 자기장이 없었다면 이 강력한 우주 방사선이 지구 대기권을 그대로 강타하여 바다를 증발시키고 세포를 파괴했을 것이다.

지구 자기장은 이 태양풍을 양옆으로 튕겨내며 지구를 감싸 안는다. 이때 태양풍의 일부 입자가 지구 자기장의 출입구인 북극과 남극의 대기권으로 빨려 들어가며 공기 분자와 부딪혀 빛을 내는 현상이 바로 오로라다.

결론적으로 지구는 붙박이 자석이 아니다. 내부의 뜨거운 액체 철이 역동적으로 출렁이며 끊임없이 자력을 생산해 내는, 지금 이 순간에도 살아 숨 쉬는 초거대 전자기 발전기다.