提唱されるダイナモ説

地球上で方位磁石を見ると、常にN極は北を、S極は南を指している。これは、地球が１本の棒磁石のように磁場を生み出しているから起きる現象だ。

では、なぜ地球は磁石になっているのだろうか。かつて考えられていたのは、地球の深部に存在するコア（核）が永久磁石だからという説だった。上図に示すように、地球は内部に鉄を主成分とするコアが存在する。このコアが磁石だと考えられていたのだが、磁石は高温になると磁力を失う性質がある。コアの温度は数千度に達するため、当然、磁力は失われてしまう。

そこで、提唱されているのがダイナモ説だ。「ダイナモ」とは英語で「発電機」を意味する。磁場の中でコイルのような電気を通す物質を動かすと、そこに電流が生じる。これが発電機の原理だ。コアは、固体の内核と液体の外核で構成されている。より高温の内核近くで熱せられた流体は上昇し、その後、外核を覆うマントル付近で冷やされると降下に転じる。外核では常にこうした対流が起きている。地球内部に、何らかの原因で初めに小さな磁場が存在すれば、外核の鉄の対流によって、そこに電流が生じる。その電流が磁場をさらに強化する。これを繰り返すことによって、巨大な磁場が形成されたという考え方だ。つまり、地球は電磁石の仕組みで磁場を生み出し続けているというのがダイナモ説だ。

コンピューターで再現

しかし、深さ数千?にある外核で起きている現象を直接確かめることはできない。そのため、最近ではコンピューターを活用して、シミュレーション（モデル計算）により磁場発生の仕組みを探る取り組みが進んでいる。（独）海洋研究開発機構地球シミュレータセンター固体地球シミュレーション研究グループのグループリーダー・陰山聡さんも、その一人だ。

「温度差によって外核の鉄が対流しているなら、内核付近からマントルに向けて対流が起きているはずです。しかし、地球は自転しており、外核の対流もこの影響を受けます。こうした影響なども加味して計算した結果、SとNの２つの極がつくるきれいな磁場（双極子磁場）の発生を再現できました」

陰山さんは、自転の影響をはじめ、地球内部の物理現象を加えて、外核の対流をモデル化し、その動きをコンピューター上で再現した。すると、南北方向の円柱状の対流構造がいくつも形成されることが明らかになった。円柱の内部では、らせん状に回転する対流が発生。これによって数十億アンペアもの電流が発生し、磁場を生み出すというのである。

謎が残る磁場の逆転

今日、ダイナモ説は多くの研究者に受け入れられている。だがその一方で、磁場について、もう１つ大きな謎がある。それは磁場の逆転だ。

海底に広がる海洋プレートに残された磁気を調べることにより、磁極のNとSの入れ替わりが、これまで地球の歴史のなかで何度も繰り返されてきたことが確認されている。陰山さんが行ったダイナモ説のモデル計算でも、自然に磁場の逆転が起きたという。どうやら、地球の内部でのちょっとした物理現象の変動によって渦構造に変化が生じ、磁場の逆転が起きているようだ。逆転の周期は一定しておらず、数万年で逆転することもあれば、数百万年変わらないこともある。

そもそも、なぜ地球に磁場があるのか。なぜ逆転が起こるのか。その確かなメカニズムは十分に解明されていない。今後、さらに地球内部の探査が進み、深部で何が起きているのかが解明されれば、地球磁場の発生や逆転の仕組みが明らかにされるかもしれない。