海洋研究開発機構 JAMSTEC

2010年2月11日発表
地球奥(おく)深くの鉄の流れ、新発見!
地磁気(ちじき)のなぞにせまる!

いつも北を指す、ふしぎな方位磁石(ほういじしゃく)。そのヒミツは、地球が磁石(じしゃく)になっているから。この磁石をもとに地球をおおっている巨大な磁場を、「地磁気(ちじき)」と呼びます。地磁気は強い力だけど、人間の目にはみえません。でも、太陽から飛んでくる有害なつぶから地球を守ってくれる、大切な存在です。

その地磁気の源(みなもと)は、地面から3,000〜5,000km奥深くにある地球内部の鉄です。そこは高温なので、鉄がとけて流れています。そして、その流れ方によって、地磁気の状態(じょうたい)が変わります。地磁気についてくわしく知るために、研究者は「地球シミュレータ」を使って、そのとけた鉄の流れをシミュレーションしました。その結果、とけた鉄の流れは2重になっているかもしれないことがわかりました。研究者が地球のなぞにせまります!

磁石で遊んだことはありますか?磁石の両ハジは、N極とS極になっています。じゃあ、N極とS極を近づけたらどうなるでしょう。答えは、くっつく(図1a)。次に、S極とS極を近づけた時はどうなるでしょう?答えは、反発(はなれる)(図1b)。

方位磁石もそれと同じです(図2)。

N極が北を指すのは、北にあるS極に引っぱられるから。じゃあ、そのS極の正体は?それは地球。実は、地球全体が1つの大きな磁石なのです(図3)。

まずは磁石のしくみから。磁石は、鉄のかたまりに電線をぐるぐる巻いて電気を流すとできます(左:図4)。

実は、これと同じ現象(げんしょう)が、地球でも起きていると考えられています。地球の内部は、内核(ないかく)(かたまりの鉄)、外核(がいかく)(とけた鉄)、マントル(岩石)、そして地殻(ちかく)(岩石)(右:図5)に分けられます。

それらがどのようにして磁石を作るのか、説明しましょう。まず、(左:図4)の鉄のかたまりは(右:図5)地球の内核にあたります。また、(左:図4)のぐるぐる電線は、(右:図5)地球の外核にあたります。外核は高温なので、鉄がとけてまわりながら流れています()。

鉄が流れるって、想像つかないかもしれませんね。たとえば、お風呂。お湯がわいたと思って入ったら、下の方が冷たかった経験(けいけん)はありませんか?これは、あたたかいお湯は軽いので上へ、冷たい水は重いので下へと移動(いどう)するからです。対流という現象です(図6)。

外核のとけた鉄も、お風呂のお湯の対流と同じ。高温の内核によって熱せられて上へ、上に行って冷やされると下へ、と移動します。それに地球の自転の動きも加わって、外核のとけた鉄はまわりながら流れます。さらに、その流れが、地球の磁場の中でくり広げられることによって、電気が発生します。実は電気は、磁場の中で電気を通す物を動かすことによって発生するという性質があるのです。ですから、地球の磁場の中でまわって電気を発生するとけた鉄は、ちょうど(左:図4)の電気が流れるぐるぐる電線の状態になるのです。外核のとけた鉄が内核をつつみこんだ結果、地球は自分で電気を起こして大きな磁石となります。この磁石によって作られる巨大な磁場を地磁気といいます(図7)。このしくみは「地球ダイナモ」と呼ばれます。

この地磁気は地球を守る強い力。太陽から飛んでくる有害なつぶから地球を守ります。また、長いきょりを移動するわたり鳥にとっては道しるべとなります。わたり鳥は体内に方位磁石をもっていて、それを使って方位を定めるのです。そんな重要な地磁気ですが、そのしくみはなぞばかり。それを解き明かすのが、スーパーコンピュータ「地球シミュレータ」です(写真)。

たくさんの複雑(ふくざつ)な計算をこなして、地球内部の様子をコンピュータ上にうかびあげます(参考:?地球シミュレータってなに? )。そして今回、新発見がありました。

研究者は地球シミュレータを使って、とけた鉄の流れをシミュレーションしました。その流れを左右するのは、そのとけた鉄の粘度()と駆動力(くどうりょく)()の2つ。これらの数値を何通りも変えて計算しました。その結果、ネバネバ具合を計算できる限界(げんかい)までサラサラにすると、2重の流れができたのです。外核の内側では上下方向、外側では西向きの流れが、それぞれうかびあがりました(図8)。

これは研究者にとっておどろきの発見です。とけた鉄に2重の流れがあるかもしれないとは予想していなかったのです。今後の北極と南極の位置と関係するかもしれない、と研究者は考えています。

もしも地磁気がなくなったら、太陽からの有害なつぶが地球にふりそそいでしまいます。また、体内磁石を使うわたり鳥などは迷子になってしまいます。地球環境(かんきょう)と関係の深い地磁気をくわしく知ることは大切です。研究者は、現実の地球により近いシミュレーションを目指して、今日も研究にはげみます。

解説1:

?内核の鉄は、外核よりも高温なのに、どうしてとけていないの?

なぜなら、外核よりもずっと高い圧力がかかっているからです。

解説2:粘度

ネバネバ具合のこと。どろどろ?サラサラ?

解説3:駆動力(くどうりょく)

対流を生み出す力