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방위 자석이 북쪽을 향하는 것에서 알 수 있듯이 지구에는 자기장이 있습니다. 이 자기장을 "지자기"라고합니다. 지자기는 지구 내부 핵의 대류운동, 태양활동과의 관계 외에 지각활동 등 다양한 지구환경의 변동에 따라 점차 변화를 계속하고 있습니다.
지구 내부 자기장의 변동
지자기의 대부분은 지구 내부의 외핵이라고 불리는 부분에서 발생하고 있습니다. 여기에서는 철이 주성분이 되어 있어 거대한 압력과 고온 때문에 용융 상태에 있습니다. 지구 내부 자장은 이 도전성이 높은 철의 유체 운동에 의해 발생하는 전류에 의해 발생하는 것으로 생각되어 활발히 그 연구가 행해져 왔습니다만, 자세한 것은 지금도 미해명입니다.
영년변화
도쿄에서 자석의 바늘이 나타내는 방향(지자기의 편각)은, 현재는 북에서 7도 서쪽입니다만, 이노 타다 타카가 지도를 제작한 200년전은 거의 북을 향하고 있었습니다. 약 350년 전에 네덜란드 선박 기록에서 약 8도 동쪽이었다는 것을 보여줍니다. 이것으로부터 일본 부근의 편각은, 이 350년으로 동에서 서로 15도 정도 어긋나 온 것을 알 수 있습니다. 이러한 지자기가 수십년에서 수백년이라는 오랫동안 변화하는 것은 전 세계적으로 잘 알려져 있으며, 이것을 지자기의 영년 변화라고 부르고 있습니다. 영년 변화는 장소에 따라 그 변화의 모습은 다양합니다만, 이것은 지자기의 지구 규모에서공간 패턴이 변화하고 있는 것을 나타내고 있습니다.
지구자장의 강약
외핵 기원의 자장의 형태는 지구의 중심에 남북 방향의 막대 자석을 둔 경우와 비슷하지만, 그 막대 자석의 강도가 적어도 최근 200년간 감소를 계속하고 있습니다. 이 변화는 수만년 이상 반복되고 있는 증감의 일부만을 보고 있는 것에 지나지 않고, 이대로 지자기가 없어져 버리는 것은 아니다고 생각됩니다.
지구자장의 역전
지구의 자기장의 역사 속에서는, 항상 자석의 N극이 북극 방면을 가리키고 있던 것은 아니었습니다. 자극이 바뀌는 지구자장의 역전이 최근 360만년 사이에 11회나 있었던 것을 알고 있습니다. 가장 새로운 역전이 일어난 것은 78만년 전입니다.
태양 활동과 지구의 관계
(태양풍과 지구자기권)
우주공간에 퍼진 지구자장은 태양으로부터 방출된 고에너지 입자의 흐름(태양풍)의 영향을 받아 태양과 반대쪽으로 송풍된 것 같은 형태를 하고 있습니다. 이 지구자장이 지배하는 영역을 자기권이라고 합니다만, 지구는 자기권을 가지는 것으로 고에너지 입자에 직접 노출되지 않고 지켜지고 있습니다.
(자기폭풍)
태양 활동은 자기권을 통해 지구의 환경에 영향을 미치고 있습니다. 플레어 등의 태양 표면의 폭발현상이 지구의 자기 폭풍의 발단이 되어 전파 장해나 통신 장해를 일으키거나 오로라를 초래하는 것은 그 예입니다.
(지자기의 날 변화)
지자기의 변화를 보면 1일 주기의 변화가 인정되지만, 이것은 지구 자기권과 대기권 사이의 전리층에 대한 태양 복사의 영향을 나타내는 것이다. 지구의 자전에 따라 1일 주기의 변화로서 관측되어, 이것을 지자기의 날 변화라고 부릅니다.
(지자기 맥동)
지자기 맥동이라고 총칭되고 있는 현상은, 저주파 자연 전자장의 하나로, 주기가 0.2초로부터 1000초 정도까지의 주기적인 변동으로, 지자기·지전류의 변동으로서 관측됩니다. 자기권내에서 발생한 전자유체파 등이 원인으로 자기 폭풍시에 활발해집니다. 지자기 맥동에 대해서는 국제적으로, 주기에 기초한 분류법이 IAGA에서 정해져 있습니다. 이 분류에 의하면, 현상을 2개로 크게 나누어 연속(continuous)으로 규칙적인 파형을 가지는 맥동을 Pc, 파형이 불규칙(irregular)으로, 스펙트럼의 폭이 탁월 주기에 비해 넓은 맥동을 Pi라고, 이것들을 주기에 의해 더욱 세밀하게 분류하고 있습니다.
지각 활동과 관련된 신호
(지진에 따른 지자기의 변화)
암석은 가해진 응력에 따라 자기와 전기를 생성합니다. 이 특성은 지각 왜곡과 함께 주변 지자기의 약간의 변화를 알고 있습니다. 그 외 지하수에 관련된 전자현상도 주목받고 있습니다.
(화산 활동에 따른 지자기의 변화)
화산을 구성하는 암석은 자성으로 자화되어 있습니다. 이 때문에 산체 내부의 온도 변화에 따라 산체 부근에서 지자기의 변화가 관측되는 경우가 있습니다. 또한 화산 활동으로 인해 산체에 가해지는 응력에 따라 자기 변화가 발생할 수 있습니다.