초록 ▼

약 46억 년 전에 형성된 지구에 존재하는 지구자기장은 고온의 용융상태인 외핵의 대류에 의하여 발생되며, 적어도 약 35억 년 전부터 존재해온 것으로 보고된다. 지구자기장의 강도와 방향은 시간에 따라 끊임없이 변화하고 있으며, 급격한 지구자기장의 변화는 대규모 화산분출, 생명체의 대량멸종, 그리고 이와 관련된 기후변화에 의한 과거 문명의 흥망성쇠 등과도 밀접한 연관이 있다. 따라서 미래의 지구자기장 변화에 대한 예측은 인류의 생존에 큰 영향을 미치는 매우 중요한 문제로 대두되고 있다. 미래 지구자기장 변화를 예측하기 위해서는 먼저

약 46억 년 전에 형성된 지구에 존재하는 지구자기장은 고온의 용융상태인 외핵의 대류에 의하여 발생되며, 적어도 약 35억 년 전부터 존재해온 것으로 보고된다. 지구자기장의 강도와 방향은 시간에 따라 끊임없이 변화하고 있으며, 급격한 지구자기장의 변화는 대규모 화산분출, 생명체의 대량멸종, 그리고 이와 관련된 기후변화에 의한 과거 문명의 흥망성쇠 등과도 밀접한 연관이 있다. 따라서 미래의 지구자기장 변화에 대한 예측은 인류의 생존에 큰 영향을 미치는 매우 중요한 문제로 대두되고 있다. 미래 지구자기장 변화를 예측하기 위해서는 먼저 과거 지구자기장 변화를 정확히 파악하여야 한다. 미국 및 유럽의 선진국들은 1960년대부터 활발한 연구 활동을 통하여 전 지구적인 자기장 변화는 물론 해당 국가주변의 과거 지자기 변화 자료를 수집하고 있으나, 우리나라의 경우에는 이와 관련된 연구가 전무한 실정이다. 또한, 약 4000만 년 동안 지구자기장의 극성변화가 없었던 백악기 정자극기(Cretaceous Normal Superchron, CNS)의 존재와 지자기 강도가 비정상적으로 낮게 유지된 시기(Mesozoic dipole low, MDL)로 인하여 중생대는 지구자기장 강도연구에 있어 매우 중요한 시기이며, 이를 전후로 한 지자기 강도의 변화가 전 세계 학계의 주요 관심사이다. 본 연구에서는 한반도에 풍부하게 존재하는 중생대 백악기 화산암을 대상으로 고자기 강도 실험을 실시하여, 중생대 백악기의 한반도 주변 지구자기장 변화 자료를 획득하고, 이를 전 세계 지자기 변동 모델에 포함시킴으로써 보다 정확한 한반도 주변 지자기 변화를 파악․ 예측하는데 기여하고자 하였다. 총 3년 동안의 연구 중, 1차 년도에는 지자기 역전과 정상이 동시에 나타나는 시기(약 7900-7300만 년 전) 동안 분출한 경기도 북부지역의 현무암, 2차 년도에는 역전이 우세한 시기(약 8200-7400만 년 전)에 분출한 충청도 중부지역의 화산암, 그리고 마지막 3차 년도에는 지자기 정상상태가 유지된 시기(CNS)에 분출한 경상도 북부지역의 현무암을 대상으로 고자기 강도 실험 및 정밀 암석자기 실험을 수행하였다. 시료 내 자성광물의 종류 및 입자크기를 파악하기 위한 정밀 암석자기 실험 결과, 암석시료들 내에는 자철석, 적철석, 자류철석 등의 자성광물이 다양한 조합으로 존재하였고, 입자크기는 고자기 강도 실험에 부정적인 영향을 미치는 다자기 구역 크기의 입자는 거의 없거나 미량 존재하였으며 대부분 단자기 구역, 위단자기 구역 크기의 입자 및 초상자성 입자가 동시에 존재하는 사실을 확인할 수 있었다. 특히, 시료 내 적철석이 포함되거나 풍화의 영향을 많이 받았을 것으로 예상되는 시료들로부터는 고자기 강도 값을 획득할 수 없었다. 전 세계적으로 성공적인 지구자기장 강도 측정확률(약 5∼30%)을 고려하여, 보다 성공적인 실험을 위하여, 먼저 정밀 암석자기실험 결과를 바탕으로 안정된 고자기 강도를 기록하고 있을 것으로 예상되는 시료를 사전에 분류하여 강도 실험을 실시하였다. 고자기 강도 실험은 가장 최근 실험 방식인 The In-field/Zero-field and Zero-field/In-field (IZZI) experimental protocol을 적용하여 실험을 수행하였으며, 1차 년도 연구에서는 지자기 역전과 정상이 동시에 나타나는 시기(약 7900~7300만 년 전)에 3.1±0.7×10²² Am²의 쌍극자모멘트 값을 얻었고, 2차년도 연구에서는 지자기 역전이 우세한 시기(약 8200~7400만 년 전)에 1.6±1.1×10²² Am²(백악기 정자극기 직후)와 0.9±0.3×10²² Am²(백악기/제3기 경계시기)의 쌍극자모멘트 값을 획득하였다. 그리고 3차년도 연구에서는 안정된 지구자기장이 오랜 기간 유지된 백악기 정자극기인 백악기 전기(Aptian-Albian)의 지구쌍극자모멘트 값이 2.2±1.0×10²² Am²으로 측정되었다. 측정된 지자기 강도 값은 현재 지구쌍극자모멘트 값(~7.78×10²² Am²)의 40% 이하의 작은 값에 해당된다. 이러한 측정값은 한반도 이외 지역으로부터 보고된 연구결과에 비해서도 평균값의 오차범위를 벗어날 만큼 작은 값이며, 현재 지구자기장 강도의 1/3 수준에 해당하는 낮은 지자기 강도가 유지된 MDL 시기와 유사한 특성을 보인다. 이러한 결과는 측정된 지자기 강도 자료의 지리적 범위가 한반도에 국한되고 있지만, 기존에 MDL이 유지된 것으로 알려진 쥬라기 중․말기 이외에 백악기 말에도 지구자기장의 세기가 낮게 유지된 시기가 존재함을 지시하고 있다. 그리고 지자기 극성과 지자기 강도 사이의 관계를 본 연구결과를 바탕으로 분석한 결과, 지자기역전과 정상상태에 따른 쌍극자모멘트 값의 의미 있는 차이는 존재하지 않았다.