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붕괴되고 있는 지구 자기장과 발전기 이론.
(Earth’s Geodynamo: An Energy Crisis)
CEH

    지구의 자기장(magnetic field)을 유지하기 위한 새로운 이론은 장구한 연대라는 진화론적 교리(dogma)를 구출하기 위해서, 특별한 상황에 호소하고 있는 것처럼 보인다.

지구 자기장은 그 강도가 지속적으로 약해지고 있기 때문에, 수십억 년이라는 장구한 시간 동안 어떻게 자기장이 유지될 수 있었는지는 주요한 문제가 되고 있다. (지구 자기장의 붕괴속도는 여러 번의 측정들로 확인되었는데, 지구 자기장에 저장된 총에너지는 세기 당 5%의 비율로 붕괴되어 왔다. 고고학적 측정들도 지구 자기장이 AD 1000년에 오늘날보다 40% 더 강했음을 보여주고 있다. 이제까지 얻어진 가장 정확한 측정치인 국제 표준 지자기장(IGRF)의 최근 기록도 단지 30년(1970~2000년) 동안에 1.4%의 순 에너지가 손실됐음을 보여주고 있다. 이것은 자기장 에너지가 약 1,465년 마다 반감된다는 것을 의미한다.)

지구물리학자(geophysicists)들은 이 사실을 알고 있지만, 그 문제를 거의 언급하지 않고 있다. 왜냐하면, 그들은 지구의 나이는 수십억 년이라는 믿음을 이미 견고하게 가지고 있기 때문이다. Nature 지에 보고된 캘리포니아 공과대학의 과학자 오루크와 스티븐슨(O’Rourke and Stevenson)의 한 논문은, 그 문제를 구조하기 위한 임시변통의 이론을 제안하면서, 연대 문제를 봉합시키려고 애를 쓰고 있었다. 그들은 핵-맨틀 경계(core-mantle boundary)에서 핵 내로 침강하고 있는 마그네슘(magnesium)을 제안하고 있었다. 

브루스 버핏(Bruce Buffett)은 Nature 지의 또 다른 글에서 ”지구 발전기의 또 하나의 에너지 근원”이라는 글로 그 논문을 요약해서 설명하고 있었다. 그러나 새로운 이론은 많은 주목을 끌지 못하고 있었는데, 받아들이기에는 매우 부적절해보이기 때문이었다.

일반적으로 마그네슘은 지구 핵의 구성 성분으로 간주되고 있지 않다. 그러나 현재 진행 중인 수수께끼를 설명하기 위해서, 마그네슘의 존재가 제안되었다. 그 수수께끼는 지구 행성의 자기장을 구동시키는 에너지원이 무엇인가 하는 것이다.

버핏은 지구 발전기 이론에 의문을 제기하고 있지는 않았다. 그는 단지 그 발전기가 유지되는 데에 '에너지 위기'가 있음을 언급하고 있었다. ”자기장을 유지하는 것은 지구형 행성(terrestrial planet)에서는 어렵다” 그는 말했다. 만약 새로운 구조(rescue) 장치가 받아들여진다면, 모든 곳에 파급효과가 있을 것이다. 왜냐하면, 그것은 다른 암석질 행성들에서 자기장 생성에 대한 진지한 재평가를 요구하기 때문이다. 

그러나 자신들이 선호하는 이론을 오류로부터 지켜내기 위해서, 보이지 않는 곳에, 다량의 마그네슘을 집어넣는 것이 정당할 수 있을까? 수십억 년의 장구한 지구 나이를 믿고 있는 그들에게 지구 자기장은 하나의 딜레마가 분명해 보인다 :

지구 발전기의 에너지 근원에 대한 기존 견해가 갖고 있는 한 가지 문제점은 시간을 거슬러 올라갈 때 발생한다. 내핵이 형성되기 전에(아마도 10억 년 전 이내) 유일한 에너지 근원은 열대류(thermal convection)였다. 그러나 철의 열전도율에 대한 현재 추정 시간은 이러한 대류를 유지하기 위해 필요한 열 흐름이 극도로 높아야한다. 이 열 흐름이 가능했다 하더라도, 설득력 없는 고온의 핵 온도가 장구한 지질학적 시간 동안 유지될 필요가 있다. 이러한 어려움에도 불구하고, 지구는 적어도 지난 34억 년 동안 자기장을 어떻게든 유지해왔다.

얼마나 많은 사람들이 이 문제를 알고 있을까? ”기존의 세속적 견해”는 이 문제에 대해 어떠한 해결도 없이 주장되고 있다. 거기에서 버핏은 마그네슘 침강 이론의 장점과 단점을 살펴보고 있었다. 마그네슘의 양과 침강 속도는 불확실하지만, ”초기의 풍부한 침강은 지구 발전기의 에너지 위기에 효과적인 해결책을 제공하기 위해 필요하다”고 그는 썼다. 이러한 새로운 제안은 지구물리학자들에게 보내져서 처음부터 검토될 필요가 있다. 그 논문은 아직 좋은 구조(rescue) 장치는 아닌 것으로 보인다. ”이러한 불확실한 제안을 확인하기 위해서는, 더 많은 연구들이 필요하다. 그러나 지구 발전기 문제를 해결하기 위에서 제안된 마그네슘 침강 이론은 현재 지식의 향상을 위한 동기 부여에 잠재적 기여를 하고 있다.”

평소와 같이, Live Science 지는 문제점들을 살펴보지 않고 대충 넘어가며, 전통적인 개념을 깨뜨리는 새로운 이론을 즐겁게 보도하고 있었다. ”마그네슘은 지구 지각에서는 네 번째로 가장 흔한 원소이다. 그러나 이전의 과학자들은 지구 핵에는 마그네슘이 거의 없다고 생각했었다.” 베키 오스킨(Becky Oskin)은 썼다. ”철과 마그네슘은 쉽게 혼합되지 않는다. 연구자들은 지구의 핵은 대부분 철이라고 생각했다.” 그녀는 논문의 저자가 승리한 것처럼 보도하고 있었다. ”우리는 지구가 지난 40억 년 동안 자기장을 유지해왔던 이유를 이제 알게 되었다. 그리고 그 과정은 가까운 미래에도 계속 발생할 수 있을 것이다.” 그러나 다른 사람들은 지금까지 지구 내부에 대해 이해했다고 생각했었다. 객관적인 측면이 약간 있었는데, 그 새로운 모델은 부가적인 증거와 연구가 필요하다고 생각하는 여러 과학자들의 말을 인용하고 있었다. 이 기사는 자기장의 중요성을 확인해주고 있었다 :

자기장은 생명체에 중요하다. 왜냐하면, 자기장은 태양풍으로부터 행성과 대기를 보호해주고 있기 때문이다. 고대의 지구 자기장이 어떻게 시작됐는지를 아는 것은 최초의 생명체가 지구상에 언제 출현했는지, 그리고 다른 행성에서 생명체를 탐사하는 방법을 개선하는 데에 도움을 줄 수 있다.

그 말은 그들은 자기장이 어떻게 시작됐는지를 모른다는 것을 의미한다.

전문용어를 이해할 수​​ 있는 사람들에게, 그들의 새로운 이론이 입증되기 위해서는 많은 량의 연구가 필요하다는 Nature 지 오루크와 스티븐슨 논문의 마지막 단락은 흥미롭다. 예를 들어, 당신은 방사성 가열이 열원으로 설득력이 없다는 것을 알고 있는가? 그들은 행성 과학자들이 좋아하는 구조 장치인, 거대한 충돌(giant impacts)에 호소하고 있음을 주목하라.

지구 핵으로 마그네슘(Mg)의 침강은 지구 깊은 내부의 진화에 커다란 의미를 가지고 있다. 가장 중요한 것은, 이 새로운 이론은 기저의 마그마 바다 안으로 CMB(core-mantle boundary, 외핵과 맨틀 경계면)를 가로지르는, 지화학적으로 의심스러운 크기의 방사성 가열 또는 증강된 열 흐름에 호소할 필요가 없다는 것이다. 높은 열전도와 핵의 느린 냉각은 중기원생대(Mesoproterozoic)에 내핵 핵형성(nucleation)과 일치한다. 화학조성 부력의 출처로서 단지 내핵만을 포함하는 모델은 수백 km의 안정적 층이 CMB 근처에 발달되어있어야만 함을 예측하고 있다. 이것은 침강에 방해가 되었을 것이다. 그러나 만약 마그네슘의 용해도가 압력에 강하게 의존한다면, 침강은 깊은 곳에서 실제로 발생했을 수도 있다. 만약 CMB가 Si 및 O에서 불포화되어 있다면, 이것은 맨틀의 물질이 핵에서 용해하는 경향을 의미하는데, 실제 상황은 훨씬 더 복잡할 수 있다. 양 방향으로 원소의 수송은 허용될 가능성이 있다. 왜냐하면, 마그네슘이 풍부한 침강물은 CMB의 구성성분과 차이가 있기 때문이다. 핵 층에서 거대한 충돌의 영향은 5,000K 이상의 온도에서 금속-규산염 분할에 대한 추가 실험에 동기를 부여하고 있다. 침강을 포함하는 비표준 진화론적 시나리오는 아마도 다른 지구형 행성의 핵에도 적용될 수 있을 것이다.

이 글들 중 어느 것도 무엇보다도 중요한 질문인, 시간이 지나면서 자기장의 강도가 감퇴되고 있다는 것을 강조하고 있지 않고 있었다. 자기장이 빠른 속도로 줄어들고 있다는 사실은 1829년에 처음 측정된 이후에 186년 동안 관측되고 있는 사실이다. 자기장의 역전(reversals)이 있었다 하더라도, 총에너지는 지속적으로 감소되고 있기 때문에, 붕괴를 수십억 년 전으로 외삽할 수는 없다. 지금과 같은 감퇴 속도로는 자기장은 10만 년 전에는 엄청나게 강했을 것이다.(ICR) 오래된 연대를 믿는 지질학자들이 자기장을 만드는 동력을 계속해서 찾아왔다는 사실은, 그들이 고대의 지구 자기장이 어떻게 시작했는지 정말로 모르고 있다는 것을 보여준다.

덧붙여서, Nature Communications 지의 한 새로운 논문은 자기장이 1840년 이후 지속적으로 감퇴되어왔음을 ”직접적 관측”은 보여주고 있음을 인정하고 있었다. 그리고 그 추세가 지속된다면, 자기장 에너지는 1900년 후에는 완전히 제로에 도달할 것이라고 것이다! 그러한 추세가 반전될 수 있는 어떠한 제안도 없었다. 그 논문은 모든 사람이 읽을 수 있는 공개적 접근이 가능하다.

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이것이 오늘날 일어나고 있는 일이다. 이것이 진화론에 점령당한 모든 분야의 학문에서 볼 수 있는 패턴이다. 진화론자들의 강령은 이와 같다. (1)장구한 연대와 진화론을 가정하라. 그리고 그것을 강하게 믿으라. 어떠한 증거가 발견된다 하더라도 당신의 믿음을 지켜내라. (2)우리의 이론과 맞지 않는 비정상적인 것이 관측된다면. (3)그 증거로부터 당신의 믿음을 구출할 수 있는 이야기를 만들어내라. 무슨 일이 있어도, 수십억 년이라는 상자 밖으로 나가 생각해서는 안 된다. 그것은 변경될 수 없는, 우리 모이보이(moyboys, millions of years boys)들의 ‘오류 보존의 법칙’이기 때문이다.

편견이 없는, 열린 마음의 사람이라면, 이러한 증거들을 확인하고 합리적인 생각을 할 수 있을 것이다. ”와우, 이것은 지구가 젊다는 것을 의미하네!”

 

출처 : CEH, 2016. 1. 25.
URL : http://crev.info/2016/01/earths-geodynamo-energy-crisis/
번역자 : 미디어위원회

관련 자료 링크:

1. 빠르게 붕괴되고 있는 지구 자기장 (Rapidly Decaying Magnetic Field)
2. 지구 자기장의 빠른 역전 (Earth’s rapid magnetic field reversals)
3. 달의 이전 자기장에 대한 세속적 혼란 (More secular confusion about moon’s former magnetic field)
4. 지구 자기장은 생각했던 것보다 지속될 수 없다. (Earth’s Magnetic Field Less Sustainable than Thought)
5. 지구 자기장 데이터는 창조 모델을 확증한다. (Magnetic Field Data Confirm Creation Model)
6. 무엇이 달에 자기장을 갖게 했는가? (What Magnetized the Moon?)
7. 사라진 달의 자기장 수수께끼 : 발전기 이론은 달의 이전 자기장을 설명할 수 있는가? (The Moon’s former magnetic field)
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