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- 지진파는 강도와 발생지가 매우 달라 시간 경과에 따른 측정치를 비교하기 어렵다.
- 1971년, 1974년 수행된 거의 같은 강도의 두 가지 원자폭탄시험 지진 측정 데이터 비교
- 핵이 나머지 부분에 비해 실제로 반대 방향으로 움직인 경우도 있어
- 내핵은 우리 발 아래 약 6년 동안 지구의 나머지 부분보다 더 빠르고 때로는 느리게 움직이는 것처럼 보인다.

지구의 내핵이 흔들리고 있다.
지진 측정은 단단한 코어의 불규칙한 움직임을 보여준다.

놀랍게도 가변적이다.
지구의 단단한 내핵은 예상보다 덜 고르게 움직인다. 항상 지구의 자전보다 약간 앞서 있는 대신 지구의 핵심은 흔들리고 있다. 지진 측정에서 알 수 있듯이 지구의 나머지 부분보다 때로는 더 느리고 때로는 더 빠르다. 이러한 변동은 6년의 규칙적인 주기를 따르는 것 같다. 그러나 미국 연구자들이 Science Advances 저널에 보고한 바와 같이 이러한 진동을 유발하는 원인이 무엇인지는 여전히 불분명하다. 

▲ 지구 내부의 껍질 구조(흰색: 지각, 진한 빨간색: 맨틀, 밝은 빨간색과 노란색: 외부 및 내부 핵) CC BY-SA 3.0 https://de.wikipedia.org/wiki/Erdkern

지구의 핵은 우리 행성에 매우 중요하다. 모든 지질학적 과정에 내부 열을 제공하고 지오다이나모(Geodynamo)로서 보호 지구의 자기장을 보장하기 때문이다. 그러나 이 엄청난 중요성에도 불구하고 지구의 심장에 대해 알려진 것은 거의 없다. 내부 핵이 언제 응고되었는지, 하부 구조가 있는지 여부와 상부 층에 얼마나 많은 열을 발산하는지에 대해서는 논란의 여지가 있다.

지구의 단단한 핵은 얼마나 빨리 회전할까?

지구의 내부 핵이 나머지 고체 지구와 관련하여 어떻게 움직이는지는 불분명하다.

현재의 많은 모델은 지구의 고체 핵이 항상 맨틀과 지각보다 약간 더 빠르게 회전하는 안정적인 초자전(Super rotation)을 가정한다. 핵심이 나머지 부분보다 얼마나 앞서 있는지는 논쟁의 여지가 있다. 다른 모델은 내부 코어의 변형 또는 핵 운동의 변동이 기본 측정 데이터를 유발했다고 제안한다.

▲ 그림 1. LASA 및 핵실험 지도. (A) 두 개의 핵 실험 쌍과 LASA의 위치. 검은색 삼각형은 LASA의 위치 표시. 마젠타색 별은 이 연구에 사용된 한 쌍의 쌍핵 실험의 위치를 보여준다. (D) PKiKP 및 IC 산란파의 광선 경로. (B 및 C) 맨틀에 대해 IC가 동쪽으로 1° 회전하는 경우 IC 경계(ICB)의 위치에 매핑된 산란에 대해 예측된 시간 이동 분포. (B) 및 (C)의 R 및 T 화살표는 각각 그림 2의 반경 방향 및 가로 방향 감속의 방향을 나타낸다. CMB, 코어-맨틀 경계. (출처: 관련논문 Seismological observation of Earth’s oscillating inner core / Science Advances)

"현재 이 질문에 대한 합의가 없다고 말할 수 있다"라고 로스앤젤레스에 있는 남부 캘리포니아 대학의 웨이 왕(Wei Wang)과 존 비달레(John Vidale)가 말했다. 이러한 불확실성은 핵의 거동이 핵이 반사하는 지진파에서만 결정될 수 있다는 사실에 기인한다. 그러나 지진파의 경우 강도와 발생지가 매우 다르기 때문에 시간 경과에 따른 측정치를 비교하기 어렵다.

측정 보조 수단으로서의 원자 폭탄 실험

몇 년 전 Wang과 Vidale은 다른 방법을 사용했다. 그들은 소련이 Novaya Zemlya에 있는 시험장에서 했다. 미군의 LASA(Large Aperture Seismic Array)는 핵 반사와 함께 생성된 파도를 기록했다. 이 데이터를 분석한 결과, 지구의 내핵은 그 당시 나머지 지구보다 연간 약 0.1gad씩 빠르게 움직이고 있었다는 사실이 밝혀졌다.

최근 두 연구원은 1969년과 1971년 알래스카 남단의 암치트카 섬에서 수행된 두 가지 다른 원자 폭탄 실험의 LASA 데이터를 사용해 동일한 분석을 수행했다. Vidale은 "우리는 이전에 분석된 원자 폭탄 실험에서와 동일한 초회전을 볼 것으로 예상했다"라고 말했다.

때로는 더 빠르게 때로는 더 느리게

하지만 그렇지 않았다. "핵이 나머지 부분에 비해 실제로 반대 방향으로 움직였다는 사실에 매우 놀랐다"라고 Vidale은 말했다. 지구의 자전보다 앞서 달리는 대신, 지구의 핵심은 현재 측정에서 뒤쳐져 있다. 1969년부터 1971년까지의 기간 동안 지구의 단단한 핵은 맨틀보다 1년에 0.05도 더 느리게 움직였다. 따라서 지구 내핵의 회전은 이전에 가정한 것보다 더 가변적이다.

"내핵은 우리 발 아래에서 움직이며 약 6년 동안 지구의 나머지 부분보다 더 빠르고 느리게 움직이는 것처럼 보인다"라고 Vidale은 설명했다. 지구의 중심에서의 이러한 변동은 또한 낮의 길이와 따라서 지구의 전체 자전이 약간씩 계속해서 변하는 이유를 설명할 수도 있다. 예를 들어 현재 지구는 점점 더 빠르게 회전하고 있다.

▲ 그림 3. LOD 데이터와의 비교. (A) 필터링된 LOD 변동[회색선, Holme과 De Viron(37)에 따른 6개월 실행 평균] 및 통합 LOD 데이터에서 계산된 예측된 IC 차동 회전 각도(∆ΩIC, 검은색 선), IC 차동 회전과 OC의 결합(26, 27). 파란색과 빨간색 선은 각각 1969-1971년과 1971-1974년 쌍의 폭발 사건 쌍 사이의 간격을 나타낸다. 검은색 점선은 LOD 분산이 IC 회전으로 인한 것이라고 가정하고 폭발 쌍의 날짜 사이의 IC 차동 회전 각도 추세를 보여준다. 파란색과 빨간색 점선은 관찰된 IC 차동 회전 각도 추세다. (B) 1968년에서 1977년 사이의 확장된 시간 범위(아회전 및 초회전의 설명 포함).

지구의 핵이 진동할까?

지구의 핵이 단지 자전 속도만을 변화시키고 있는지, 아니면 외부 핵의 액체 철 욕조에서 약간 앞뒤로 흔들리고 있는지는 여전히 불분명하다. Vidale은 "모델과 같은 핵 진동에 대한 아이디어는 얼마 동안 있었지만 이것이 가능한지에 대해서는 지금까지 의견이 일치하지 않았다"라며 "두 개의 이중 측정값을 비교하면 이제 진동이 매우 그럴듯한 해석이 된다"고 말했다. 이 해석이 맞는지, 왜 지구 내핵의 움직임이 요동치는지는 향후 연구에서 밝혀져야 한다. (Science Advances, 2022; doi:10.1126/sciadv.abm9916)
출처: University of Southern California

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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