지구 깊숙한 곳의 거대한 덩어리가 265만 년간 자기장을 조종해왔다

지구 내부 2,900km 깊이에 아프리카 대륙만한 크기의 초고온 구조체 두 개가 숨어있다. 그리고 이 거대한 덩어리들이 265만 년간 지구의 자기장을 조종해왔다는 사실이 처음으로 밝혀졌다.

리버풀 대학교 연구진이 이번 주 네이처 지오사이언스에 발표한 연구는 지구과학계의 오랜 미스터리를 풀어냈다. 지구 자기장이 왜 불규칙한 모양을 가지고 있는지, 그리고 이 패턴이 수억 년간 어떻게 유지되어 왔는지에 대한 답이다.

지구 내부의 숨겨진 거인들

이 구조체들은 대형 저전단파속도 지역(Large Low-Shear-Velocity Provinces, LLSVPs)이라는 복잡한 이름을 가지고 있다. 하지만 그 정체는 생각보다 단순하다. 주변보다 더 뜨겁고, 더 무겁고, 화학적으로도 다른 맨틀 물질의 덩어리다.

지질학자들은 1970년대 후반부터 이런 이상 구조가 존재할 것이라고 의심해왔다. 20년 후인 1990년대에 와서야 존재를 확인했고, 다시 10년이 지난 지금에서야 이들이 지구 자기장에 직접적인 영향을 미친다는 증거를 찾아냈다.

흥미로운 점은 이 구조체들 주변에 차가운 물질의 '고리'가 형성되어 있다는 것이다. 마치 뜨거운 섬 주위에 차가운 바다가 있는 것처럼 말이다.

자기장을 만드는 숨겨진 메커니즘

연구진의 발견은 단순하면서도 혁신적이다. 이 초고온 구조체들과 주변 맨틀 물질 사이의 온도 차이가 지구 핵 속 액체 철의 흐름을 바꾼다는 것이다. 그리고 이 철의 움직임이 바로 지구 자기장을 만들어내는 원동력이다.

뜨거운 지역과 차가운 지역이 번갈아 나타나면서 액체 철의 흐름이 빨라지거나 느려진다. 이런 비대칭성이 지구 자기장을 불규칙하게 만드는 것이다. 마치 강물이 바위를 만나면 물살이 바뀌는 것과 비슷한 원리다.

연구진은 슈퍼컴퓨터를 이용해 두 가지 시나리오를 비교했다. 맨틀이 균일할 때의 자기장과 이런 이질적 구조가 있을 때의 자기장을 각각 시뮬레이션했다. 결과는 명확했다. 이상 구조를 포함한 모델만이 현재 관찰되는 자기장의 불규칙성과 기울어짐을 정확히 재현했다.

과거와 미래를 잇는 열쇠

이 발견의 의미는 단순히 지구 내부 구조를 이해하는 것을 넘어선다. 연구를 이끈 앤디 비긴 교수는 "이 결과는 고대 대륙 배치, 판게아의 형성과 분해, 그리고 고기후, 고생물학, 천연자원 형성과 관련된 오랜 의문들을 해결하는 데 중요한 의미를 갖는다"고 설명했다.

특히 주목할 점은 자기장의 일부 영역은 수억 년간 상대적으로 안정적이었던 반면, 다른 부분은 극적으로 변화했다는 것이다. 이는 기존에 생각했던 것처럼 지구 자기장이 완벽한 막대자석처럼 행동하지 않는다는 의미다.