압력이 암석 자화를 변화시킨다

지구의 지각에 묻힌 암석이나 충돌 시 압축된 운석은 자화가 증가할 수 있다.

철과 같은 용융된 강자성 광물이 식어서 굳으면 자화된 암석을 형성하여 형성 당시 행성 자기장의 강도와 방향을 기록한다. 그러나 바위의 자연적인 자기 잔류가 반드시 고정된 특징은 아니다. 자기장이 없을 때 압력이 증가하면 암석은 입자 크기에 따라 자연 자화의 일부를 잃을 수 있다. 자기장이 존재하는 상태에서 압력이 가해지면 될까? 1960년대까지 거슬러 올라가는 이론들은 암석이 더 강한 자화를 얻을 수 있다고 제안하지만, 그것들은 아직 검증되지 않았다. 하버드 대학과 미네소타 대학의 암석 자력 연구소의 마이클 볼크와 동료들은 일련의 실험과 계산을 통해 압력 변화만으로도 암석의 자연 자기 잔류량의 30%까지 대체할 수 있다는 것을 보여주었다. 이 정도면 잔류량을 바탕으로 행성의 고대 자기장의 세기와 방향을 추론하는 고자성 연구 결과에 영향을 미치기에 충분하다.

 

연구원들은 합성 자철석 분말로 시작했는데, 그들은 시멘트와 혼합하여 각각의 입자 크기가 단일한 비자석화 합성 암석을 형성했다. 이 합성암들은 자연 암석에서는 불가능한 입자 균일성을 통제할 수 있게 해주었다. 각각의 합성 암석은 300 μT의 장으로 둘러싸인 압력 셀에 놓였다. 연구원들은 세포의 압력을 점차 400 MPa까지 증가시켰는데, 이는 지각에 70 km 깊이 묻혀있는 암석이 경험하는 압력을 나타낸다. 그리고 나서 그들은 압력이 증가함에 따라 증가하고 입자 크기에 의존하지 않는 샘플의 자기 모멘트를 측정했다. 추가 자화가 어떻게 자연 변성암의 원래 열 자화에 추가될 수 있는지 이해하기 위해 볼크와 동료들은 측정된 자기 모멘트를 기반으로 합성암에 대한 열 자기 잔류량을 추정하기 위해 확립된 스케일링 법칙을 사용했다. 이러한 계산을 통해 그들은 압력으로 인한 추가 자화가 암석의 원래 자화율의 30%만큼 높을 수 있다는 결론을 내리게 되었다.

Volk 팀의 실험에서 나오는 메가파스칼 압력은 연구원들이 지구의 지각에서 나온 암석의 고자성 모델을 평가하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 화성이 자기장을 잃었을 때를 추정하기 위해 사용되는 자화된 운석과 같이 지구 밖에서 발생한 물체에 대한 연구는 충돌 동안 기가파스칼 압력을 경험한 샘플을 포함한다. 연구원들은 최대 30GPa의 압력에서 샘플의 자화를 조사하기 위해 다이아몬드 앤빌 세포와 결합된 양자 다이아몬드 현미경의 사용을 탐구하고 있다. 압력이 고대 화성 운석의 자기 잔류에 어떻게 영향을 미치는지를 이해함으로써, 과학자들은 화성의 발전기가 언제 멈췄는지를 알아낼 수 있을 것이다.