最終更新日: 2024 年 1 月 27 日

古地磁気

古地磁気とは何ですか?

地球の磁場は、液体鉄で構成される地球の外核によって生成されます。固体の鉄で構成される内核からの熱は、対流によって液体の外核に伝達されます。対流により液体の外核が不規則ではあるが地球の回転速度よりわずかに速く回転し、電流が発生します。この電流は、方向、意味、強度によって特徴付けられる磁場を生成します。

地球の表面では、地殻の岩石に含まれるマグネタイト (Fe3O4) やヘマタイト (Fe2O3) などの強磁性鉱物が磁化される能力を持っています。火山から放出されたマグマの急速な冷却によって玄武岩が形成されるとき、岩石中に存在する強磁性鉱物が周囲の地球の磁場と整列します。

この強磁性鉱物の磁化により、玄武岩に磁気痕跡が形成され、後でその地域の地磁気の歴史を理解するために研究することができます。つまり、岩石が形成されると、特定の時点での地球の磁場の向きが記録されます。時間が経つと、地殻プレートの動きにより岩石が移動する可能性がありますが、その磁気フットプリントは変化しません。

地球物理学者や地質学者は、世界中のどこからでも岩石サンプルを採取し、年代を特定し、その方位や磁気の強さを分析できます。この情報を岩石の現在の位置と比較することで、大陸の過去の動きを再構築することができます。

過去の魅力を再発見するにはどうすればよいでしょうか?

強磁性鉱物は、固化したときに地球の磁場の方向に鉄イオンの配列を保存しますが、磁化の強さも保存します。したがって、世界中の多数の場所 (地磁気観測所) を研究することで、科学者は地球の磁場の歴史を再構築することができます。

すべての物質（植物、金属、動物、人体など）は磁化を引き起こしています。つまり、地球の磁場に応答しています。残留磁化は、周囲の磁場がゼロになったときに物質が保持し、メモリに保存できるものです。したがって、古地磁気学者はこの残留磁化を特定しようと努めています。
古地磁気学者は、サンプリング場所の地理的マーカーに関連した磁化の方向に特に興味を持っています。採取されたサンプル (長い円柱状の岩石) は、磁気矢印の正確な方向をサンプリング位置の空間内で記録できるシステムを使用して位置が特定されます。
保持された磁化の強さと方向は磁力計で測定されます。
サンプルはベンチマーク、つまりサンプリング位置と同じ位置に配置されます。機械は、外部磁場から隔離されたシールドされたコイル内で高速回転させます。測定器に誤差が見られる。磁化の 3 つの成分 (方向、方向、強度) が記録されます。
次に、科学者はサンプルを加熱して、いわゆる自然熱残留磁化をすべて消去します。実際、強磁性材料は「キュリー温度」と呼ばれる温度で永久磁化を失います。この現象は、1895 年にフランスの物理学者ピエールキュリー (1859-1906) によって発見されました。
その後、既知の磁場 (地球の磁場) に新しい磁化が生成されます。サンプルを動かさずに、記録した古い自然磁化と比較します。
この操作により、岩石が冷えた瞬間の磁場の 3 つのパラメーターを知ることができます。

地球の磁場の時間の経過による逆転

地磁気の正極性と逆極性 — 地球の磁場の反転は、中央海嶺に平行な磁気帯として海洋地殻に記録されています。新しい海洋地殻は形成される際に磁化され、海嶺から両方向に遠ざかります。このモデルでは、約 500 万年前の尾根 (a)、約 200 万年前の尾根 (b)、そして現在の尾根 (c) が現れます。画像クレジット: パブリックドメイン。

科学者たちは古地磁気を利用して、地球の歴史を通じて地球磁場の逆転が何度もあったことを発見しました。

地球の磁場の反転は、中央海嶺で記録されています。これらの場所では、溶けたマントルが表面に上昇し、固化して新しい海洋地殻を形成し、現代の周囲磁場の強さと方向を保存します。新しい材料が押し出されるとき、既存の地殻は尾根の両側に押し出され、形成時の周囲磁場の方向は維持されます。言い換えれば、マグマが冷えて固化して海洋地殻を形成するとき、強磁性鉱物は固化するにつれて周囲の地球の磁場と整列します。これにより海洋地殻が磁化され、その正確な場所とその正確な時間における磁場の向きが記録されます。

したがって、磁化された岩石の平行な帯が尾根の中央尾根の両側に形成されます。これらのバンドは逆の磁気極性を持ち、いわゆる磁気異常を形成します。これらは、通常の海洋地殻と逆磁化された海洋地殻の交互のブロックとして解釈されます。中央海嶺で観察されたこれらの異常は、これらのバンドを分析することで、時間の経過に伴う磁気反転の歴史を再構築できるため、特に興味深いものです。

これらの異常を分析することで、科学者たちは過去 8 億年にわたる地球磁場の逆転の歴史を追跡することができました。彼らは、反転の頻度は不規則ですが、一定の周期性があることを発見しました。平均して、地球の磁場は 25 万年から 30 万年ごとに反転します。ただし、地球の磁場が 10 万年ごとに逆転した 8,000 万年前など、逆転がより頻繁に起こる時期もあります。

地球の磁場が1000万年以上安定していた1億年前のように、逆転が稀な時期もあります。

磁場反転が進行中

科学者たちは、地球の磁場に重大な変化の兆候がないか注意深く監視しています。現代の観測は、磁場を正確にマッピングするために衛星と地球物理学機器を使用して行われています。

しかし、これらの高度な技術があっても、地球の核で起こっている動的プロセスの複雑さのため、反転がいつ起こるかを正確に予測することは依然として課題です。

現在、双極子モーメントは 1 世紀あたり 6% ずつ減少しています。双極子モーメントの減少は、地球の磁場の強度の減少を示します。
地球の磁場の双極子モーメントの減少は、必ずしも磁場の即時の反転を意味するわけではありません。双極子モーメントの減少は地球の磁場の変化に関連している可能性がありますが、磁場の反転は複雑なプロセスであり、磁場の進化はさまざまな予測不可能なシナリオに従う可能性があります。