千葉県市原市には、地球の磁場が反転した証拠になる地層があります。2017年11月ごろ、ニュース報道が流れて人気を呼んでいます。

これは、国際地質科学連合に国際標準となる基準地の地層(約77万年前の地質の境界を示す基準地)として申請していて、千葉県の地層が有力な候補として指定される可能性が高くなったためです。(現在、地層の仮の名称として、千葉時代を意味するチバニアンと命名しています)

確かに、地球には北極と南極があって、磁石も決まった方向を指します。

調べてみると、惑星が磁場を持つには、ある程度条件がそろわないとできないのだそうです。そのため、地球に似ていると言われている火星でさえ、現在は磁場をもっていません。

いままで、地球の磁場については当たり前のこととして考えたこともありませんが、これを機会に色々知りたくなって調べてみました。

今回は、概要のみ紹介します。尚、「鎌田浩毅(かまたひろき)著の地球の歴史(中)」や朝日新聞記事等から専門的な知見を使わせて頂き、出来るだけわかり易い表現で説明を試みました。

地球が磁石になっている理由

実は、これについては古くから研究されていますが、まだ確実な証拠は見つかっていません。但し、地質学などの研究者は、地球が磁場を持つ仕組みを次のように予測しています。

地球が磁場を持つ仕組み(予測例)

地球が磁場を持つ仕組みは次のように予測されています。

地球の大雑把な構造は、中心から内核、外核、マントル、プレートがあります。そして、プレート上に海や陸地があります。
ここで内核は6,000℃と高温の個体、その上の外核は5,000~6,000℃の液体の層で、さらに外核の上のマントル層(個体)の温度は、2,000~3,000℃です。

このように液体の外核は、温度差の大きな層に挟まれているため、絶えず対流を起こしています。(例えば空気では、地上付近の暖かな空気は上昇して、上空で冷やされると下降するのと同じです)

これとは別に、地球は自転していますので、外核の対流も自転の影響を受けています。

いずれにしても、対流を起こした外核は、液体の金属のため電流が流れます。そして、電流が流れると、磁場を生じます。(電磁誘導の法則)

こうして、地球は巨大な磁石になります。(2018年3月時点の予測例)

尚、対流現象を実際に見ることはできませんが、スーパーコンピューターでシミュレーションした結果、外核は、薄いシート状の対流構造をしていることが判ってきました。

チバニアンで見られる地磁気の反転が起きる理由

チバニアンでは、泥の中に含まれている磁鉄鉱という鉱物が堆積した時の磁場を保っている特性を利用して磁場を測定し、トータル57メートルにおよぶ地磁気の反転層を確認しています。

地球の歴史上は、地磁気の反転は360万年間に少なくとも11回は反転したものと考えられていますが、地磁気の反転がどのようにして起きるのかは、地磁気の発生のメカニズムが判っていないのと同様です(判っていません)。

但し、推測では、何かの刺激で外核に流れる対流の一部が逆流した時に、それが影響して外核全体の逆流につながり、地磁気が反転したものと考えられています。

まとめ

地球が大きな磁石になって地磁気を持っている理由は、明確にはなっていませんが、研究者たちの予測では、地球内部の液体の金属層(外核)が対流するため、地磁気が生じていると考えられています。

地球の磁場は、生物発生に大きな影響を与えているという学説もあります。さらなる研究の進展が期待されます。