この記事は MITニュースとの協力により掲載されています。
地球の地磁気の強度は過去200年間低下し続けており、一部の科学者は、このペースが続けば2,000年後に地磁気が底をつき、その間、太陽からの有害な荷電粒子に対して地球が一時的に無防備になる可能性があると考えています。この強度の低下は、地球の北磁極と南磁極の極性が入れ替わる周期的な地磁気逆転と関連しており、安定した遮蔽力のある強度に戻るまでには数千年にわたって続く可能性があります。
地磁気が弱まると、太陽放射の増加によって、個々のペースメーカーから送電網全体に至るまでの電子機器が損傷するおそれがあり、遺伝子変異を引き起こす可能性もあります。また、逆転は、地球の磁場を体内コンパスとして利用する動物の航行にも影響を及ぼす可能性があります。
しかし、『Proceedings of the National Academy of Sciences』に掲載された新たなMITの研究によると、地磁気が近いうちに反転する危険はありません。研究者らは過去500万年間の地球の平均的で安定した磁場強度を算出し、現在の強度は歴史的平均のおよそ2倍であることを明らかにしました。
これは、現在の磁場強度が、逆転につながる不安定な水準に達するまでには、まだ大幅に低下する余地があることを示しています。
「今日の磁場が長期平均なのか、それとも長期平均をはるかに上回っているのかを知ることは、非常に大きな違いをもたらします」と、筆頭著者でMITの地球・大気・惑星科学部門のポスドク研究員であるHuapei Wang氏は語ります。「今では、私たちが不安定な領域をはるかに上回っていることがわかっています。たとえ[磁場強度]が低下しているとしても、安心して頼ることのできる大きな余裕がまだ残されています」。
歴史を通じた反転の繰り返し
地球は誕生以来、何度も地磁気の逆転を経験しており、不規則な間隔で極性が入れ替わってきました。
「反転がおよそ4,000万年間起こらないこともあれば、100万年の間に10回も反転することもあります」とWang氏は言います。「平均すると、2回の反転の間隔は数十万年です。最後の反転はおよそ78万年前に起きたので、次の反転はすでに起きていてもおかしくない時期に来ています」。
差し迫った反転の最も明らかな兆候は、地磁気の強度が歴史的な長期平均を大きく下回ることであり、これは地球が不安定な状態へと傾きつつあることを示すものです。人工衛星や地上の観測所は、過去200年間の現在の磁場強度を正確に測定してきましたが、過去数百万年についての推定値は信頼性がさほど高くありません。
Wang氏と同僚らは、ラトガース大学とフランスの研究者たちとともに、ガラパゴス諸島の火山から噴出した古代の岩石を用いて地球の古地磁気を測定しようとしました。この諸島は赤道上に位置しているため、理想的な調査地でした。地球の磁場は安定した状態では双極子であるため、磁場強度は両極で同じであり、赤道ではその半分になるはずです。
Wang氏は、赤道と両極における古地磁気の強度がわかれば、地球の歴史的な平均強度を正確に推定できると考えました。
双極子から読み解く岩石
Wang氏はガラパゴスから古代の火山溶岩の試料を入手し、一方、カリフォルニア大学サンディエゴ校スクリップス海洋研究所の同僚らは、南極からほぼ同年代の岩石を掘り出しました。このような火山岩は、冷却された時点の地磁気の強度に関する情報を保持しています。
両チームは試料をそれぞれの研究室に持ち帰り、岩石の自然残留磁化、すなわち強磁性粒子の配向を測定しました。次に岩石を加熱し、既知の磁場の中で冷却して、冷却後の岩石の磁化を測定しました。
岩石の残留磁化は、冷却された際の磁場に比例します。したがって、研究者らは実験データを用いて、古代の地磁気強度のピーク分布を算出することができました。赤道では約15マイクロテスラ、両極では約30マイクロテスラでした。同じ場所における現在の磁場強度は、それぞれ約30マイクロテスラと60マイクロテスラであり、歴史的な長期値の2倍にあたります。
「つまり、今日の値は異常に高く、たとえ低下しているとしても、それは長期平均へ向かっての低下であり、平均からゼロへ向かっての低下ではないのです」とWang氏は言います。
ゼロからは程遠い
では、なぜ科学者たちは、地球の地磁気が急激に低い水準まで落ち込んでいると考えてきたのでしょうか。Wang氏によると、この想定は誤った歴史的データに基づいていたことがわかったといいます。
科学者たちは地球上の様々な緯度で古地磁気強度を推定してきましたが、赤道地域のデータはWang氏の研究が初めてです。しかし、Wang氏は、科学者たちが岩石による磁場の記録の仕方を誤って解釈しており、そのために古地磁気強度の推定が不正確になっていたことを見いだしました。具体的には、科学者たちは、岩石の個々の強磁性粒子が冷却される際に、不対電子スピンが磁場強度を反映した一様な向きをとると想定していました。
ただし、この効果が成り立つのは、ある一定の大きさまでの粒子に限られます。より大きな粒子では、不対電子スピンが粒子内の異なる磁区ごとに様々な向きをとるため、磁場強度の全体像が複雑になります。
Wang氏は、こうした多磁区効果を補正する手法を開発し、それをガラパゴスの溶岩に適用しました。同氏によれば、その結果は従来の古地磁気推定値よりも信頼性が高いとのことです。
地球が次に反転する時期については、Wang氏は、答えはまだ定まっていないと述べています。
「確実に言えるのは、現在の低下速度が一定のまま続くとすれば、磁場が長期平均まで下がるにはさらに1,000年かかるということです」とWang氏は言います。「そこからは、磁場強度が再び上昇する可能性もあります。ジオダイナモの磁気流体力学的過程はランダムな性質を持つため、その後に何が起こるかを予測する方法は実際にはありません」。
この研究結果は、現在の磁場強度が異常に高いことを示唆しているため、ロチェスター大学の地球物理学教授であるJohn Tarduno氏は、科学者たちは地球の地磁気に影響を与える力について再検討する必要があると述べています。
「それは、はるかに短い時間スケール、すなわち100万年以下の期間における変化であり、磁場の双極子成分の大きな変化を論じているのです」とTarduno氏は言います。「これは実際、挑戦的な考えです。もし正しければ、ダイナモについて、またそうした変化が実際にどのように起こりうるかについて、私たちは本当に考え方を改める必要があります」。
掲載は、世界経済フォーラムによる見解の支持を意味するものではありません。
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著者：ジェニファー・チュー氏はMITニュースのゲスト寄稿者です。
画像：この写真は、ドイツ人宇宙飛行士アレクサンダー・ゲルストが国際宇宙ステーションから撮影したもので、太陽が水面に反射しています。REUTERS/Alexander Gerst.
