地球を密かに守る「見えない盾」

制作：中国科学普及協会

著者: デジタルワールド

プロデューサー: 中国科学博覧会

地球の磁場は人間の生活に欠かせない環境要因です。それは地球の進化、生物活動、そして人間の生活において重要な役割を果たしています。地球の磁場は一般に地磁気と呼ばれます。地磁気学は一般的には地球の磁場の測定と研究のみを指しますが、地磁気学には地磁気、岩石磁気、古地磁気、地球の磁場の起源と進化などが含まれます。

1. 地球磁場の変化と応用

地球の磁場に関する長期的かつ世界規模の観測と研究により、地球の磁場は時間と空間に応じて変化することがわかっています。そのため、地球の磁場の変化を継続的に観測し記録するために、地磁気観測所や地磁気観測所が多くの場所に設置されています。我が国は北京、主要な行政区、いくつかの重要な省や都市に地磁気観測所（観測所）を設置しています。

地球の磁場（画像提供：veer Gallery）

地球の磁場のこうした変化は、地球の構造や活動に関する多くの情報を提供するだけでなく、多くの重要な用途にも役立ちます。たとえば、磁気探査は地球物理学的探査において重要かつ一般的に使用される方法となっています。重力法や電気法などの他の物理探査法と比較して独自の特徴があります。磁気探査は鉄鉱石の探査だけでなく、鉄鉱石に関連する他の鉱物の探査にも適用できます。前者は直接磁気探査と呼ばれ、磁鉄鉱、赤鉄鉱、バナジウムチタン磁鉄鉱、金銅磁鉄鉱などの探査が含まれます。後者は間接磁気探査と呼ばれ、ニッケル、クロム、コバルトを含む金属鉱床、ダイヤモンド、ホウ素、アスベストなどの非金属鉱床、石油鉱山の調査や探査などです。

地球の磁場とそれに関連する地磁気現象の観測研究の応用は多岐にわたります。磁気探査に加えて、コンパスなどの磁気方位および磁気ナビゲーションもあります。地磁気の突然の変化（磁気嵐）は太陽活動や宇宙天気を予測するために利用できます。地磁気の乱れや磁気嵐は無線通信や気候に影響を及ぼす可能性があります。地球の磁場の異常な変化は地震や火山活動に関連しているため、地震や火山を予測する要因として利用できる可能性がある。地磁気観測は他の地球物理学的観測と組み合わせることで地質調査などに利用することができます。

2. 地球磁場の逆転

現代の科学的研究によれば、地球の磁場は地球の形成と進化とともに形成され、進化してきたことが分かっています。しかし、地球の進化の過程で地球の磁場がどのように変化するかはどうやってわかるのでしょうか?これらの変化から地球の進化に関するどのような情報を得ることができるでしょうか?

地球の進化の数十億年にわたる地球磁場の変化は、さまざまな地質時代の大陸および海洋の岩石の磁性の観測研究から得られます。

地球上の様々な大陸や海洋における異なる地質時代の強磁性岩石の磁性に対する長期にわたる観測と研究、すなわち岩石が形成されたときの磁性が現在まで保持されている残留磁性に対する観測と研究の結果、主にこれらの古代の岩石の残留磁性の方向、すなわち岩石が形成されたときに地球の磁場によって磁化されたときの地球の磁場の方向は、現在の地球の磁場の方向と同じもの（正という）もあれば、現在の地球の磁場の方向と逆の方向（逆という）もあることが示されています。

地球の長期にわたる進化の過程で、地球の磁場の方向の変化により、異なる地質時代に形成された古代の岩石の磁気方向（極性）が変化しました。さらに、古代の岩石の残留磁気や古代の陶磁器などの遺物の残留磁気に基づいて、古代の人類や古代の遺物の年代を判定することができます。これを考古地磁気学といいます。我が国は古地磁気年代測定法を用いて北京原人、雲南省の元謀猿人、四川省の烏山原人の年代を決定しており、その結果は他の科学的考古学的年代測定法によって決定された年代と一致しています。

3. 地球の磁場からの贈り物、オーロラ

地球のオーロラは、地球の北極と南極、およびその近くの高高度で発生する美しい光現象です。色鮮やかで形も様々です。人類は何千年も前にこの光る現象を観察し記録しており、オーロラと呼ばれています。しかし、長い間、オーロラと地球の磁場の関係はおろか、オーロラの原因も誰も知りませんでした。オーロラの発生時期、形状、変化が地球の磁場と密接に関係していることが発見されたのは、近代科学が発展してからです。

オーロラ（写真提供：veer photo gallery）

オーロラの形成は主に、太陽からの荷電粒子が地球の磁場の影響圏内に放出されることによって起こります。地球の磁場の影響を受けて、高緯度から地球の高層大気圏に入り、高層大気中の粒子を刺激して発光現象を引き起こします。地球は巨大な磁石であり、その磁極は北極と南極の近くにあります。コンパスが常に北と南を指しているのは、地球の磁場の影響を受けるからであることがわかっています。太陽からの荷電粒子の流れも地球の磁場の影響を受け、磁極の近くに集まります。そのため、オーロラは主に北極と南極付近の空に現れます。南極で発生する光は南極光と呼ばれ、北極で発生する光は北極光と呼ばれます。

現在、地球磁場の仕組みや反転といった問題は、地球物理学の研究分野における最先端のテーマとなっています。科学者たちがこの目に見えないシールドの謎をさらに解明してくれると信じています。