정의
외핵(外核)은 지구 내부 구조를 이루는 두 개의 핵 중 바깥쪽에 위치한 액체 상태의 층을 말한다. 지구의 가장 중심부에 있는 고체 내핵(內核)과는 달리, 외핵은 주로 액체 상태의 철과 니켈을 포함한 합금으로 구성되어 있다. 이 층은 지구 자기장의 생성, 즉 지구 다이너모 작동의 주요 원천으로 간주된다.
위치와 구조
- 깊이: 지표면 아래 약 2,891 km에서 시작해 약 5,150 km 깊이까지 이어진다.
- 두께: 약 2,260 km에 이른다.
- 경계: 위쪽 경계는 맨틀과의 경계인 전이층(전이구), 아래쪽 경계는 내핵과의 경계인 고체-액체 경계(내핵 경계) 로 구분된다.
물리·화학적 특성
- 조성: 약 80 % 철, 5 % 니켈, 나머지는 황, 산소, 실리콘 등 경량 원소가 섞여 있다.
- 상태: 고압·고온 환경에서도 액체 상태를 유지한다. 온도는 약 4,000 °C~5,500 °C 수준으로 추정된다.
- 밀도: 약 9.9 ~ 12.2 g/cm³(깊이에 따라 변동).
- 전기 전도도: 매우 높은 전기 전도성을 가지고 있어, 전류 흐름이 가능하다.
지구 자기장 생성과의 관계
외핵 내부의 전도성 액체가 회전하면서 생성하는 전류는 지구 다이너모 현상을 일으켜, 지구 자기장을 유지한다. 이 과정은 다음과 같은 요소에 의해 촉진된다.
- 대류: 온도 구배에 의한 열 대류 흐름.
- 코리올리 힘: 지구 자전에 의해 발생하는 힘으로 대류 흐름에 회전을 부여.
- 전도성 물질: 액체 철‑니켈 합금의 높은 전기 전도도.
연구 방법 및 역사
- 지진파 관측: S파는 외핵을 통과하지 못하고, P파만이 통과한다는 점을 통해 외핵이 액체임을 확인하였다.
- 자기장 관측: 지구 자기장 변동과 역전 현상의 기록은 외핵 내 흐름 변화와 연관성을 시사한다.
- 실험적 고압 연구: 다이아몬드 어닐 셀(DAC)과 같은 고압 실험을 통해 철‑니켈 합금의 고압·고온 물성을 재현하였다.
참고 문헌 (주요 학술 서적·논문)
- Dziewonski, A. M., & Anderson, D. L. (1981). Preliminary reference Earth model. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 25(4), 297‑356.
- Buffett, B. A. (2000). Earth's core and the geodynamo. Science, 288(5473), 2007‑2012.
- Labrosse, S., & Poirier, J. P. (2001). Thermal and compositional evolution of the Earth's core. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 128(1‑4), 25‑45.
- Gubbins, D., & Roberts, P. H. (1987). Magnetohydrodynamics of the Earth's core. In Geophysical Monograph (Vol. 35, pp. 1‑33).
외핵은 지구 내부에서 물리·화학적 특성과 동역학적 역할을 모두 담당하는 핵심적인 층으로, 현대 지구과학 연구에서 빼놓을 수 없는 대상이다.