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なぜ方位磁針は北を指すのか?千葉時代(チバニアン)は来るのか

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この記事の所要時間: 749

科学界でにわかに話題となっているのは、チバニアン
千葉時代が世界で認められるか?
この価値を理解するには、

方位磁針がなぜ北を指すのか?

そうした議論から始める必要があります。
科学界における日本の地位が、また一歩上がるかもしれません。

方位磁針が北を指す理由


小学生でも方位磁針とは何か、知っていますね。
理科で学びます。

磁石のN極は必ず北を指す!
とはいえなぜそうなのか?

現象は知っていますが、本当の理由はだれも教えてくれません。

1.磁石の原理は未解明

小学校で磁石について学びます。とはいえあくまでも現象のみです。

つまり磁石にはN極とS極があり、NとN、そしてSとSは反発する。
逆にSとNは引き合う!

電気のプラスマイナスに似た概念をイメージします。

しかしなぜNとSが生まれるのか?
絶対に両極が存在しなければならないのか?

これは明確ではありません。あくまでも経験則です。

反例がないから正しいだろう!
そういう理屈です。

もちろん量子力学で考えると、電子のスピンという問題で落ち着きます。
磁石関係の専門書をひも解くと、それ自体が少ないですが、すぐにクーロンの法則磁気モーメント!数式の羅列で始まります。
物理学者に言わせればそうなのでしょうが、磁石の根本原理、なぜSとNが引き合うのか?
説明する本は皆無です。

磁場と電場は同時に発生する!
電磁気学として学ぶしかないのが実情です。
それで納得する子供達はよいですが、いつまでもこだわり続ける子供も少なくありません。
わたしもそのひとりです。

2.地球は大きな磁石と言われます

小学生に方位磁針の話をすると、地球が大きな磁石だから!
模範解答が返ってきます。

とはいえなぜ地球が磁石なのでしょうか?

本当に磁石なら、パソコンやテレビは壊れないのか?
地面に磁気性のクレジットカードを落としても大丈夫なのでしょうか。

基本的な説明は、地球の中心である核にが多く含まれています。
高温で液状化している鉄が対流を起こしています。
その鉄が一定の方向へ規則正しく並ぶことでN極やS極が生まれ、強められたり弱められたりします。
今は北極にS極があり南極にN極がある状態です。

対流とは言いますが、どろどろの鉄なので動きは大きくありません。
人間のスケールで考えれば、ほぼ動かないと思って良さそうです。
ただし長い歴史で調べていけば、何度もNとSの転換はあったようです。

その一つが後述する約77万年前であり、証拠が千葉県から見つかったようです。

3.北極は真北であり磁北ではない

日本で生活する限り、北極が真北(しんほく)である!
そう考えてまったく問題ありません。

ただし磁北(じほく)と呼ばれる方位磁針の指す北は北極点の方向ではありません。

そのため北極点を目指す冒険に出たい人は注意しましょう。

言い換えると地図上の北と方位磁針が指す北は違います。

高校の地学で学びますが、中心角で表すと地球の自転軸から約10度ずれています。
具体的な場所は、2015年時点において北緯80.4度、西経72.6度です。
とはいえ時々刻々動いています。

同様に磁南極(じなんきょく:じなんとは呼ばないようです)も動いています。
2015年時点において南緯80.4度、東経107.4度です。
さらに不思議なこととして、この磁北極と磁南極を結ぶ線は地球の中心を通らないようです。
地軸の先にあるから北?という話ではありません。

方位磁針が指すから北!なのです。

日本国内においても磁北の向きは異なります。
札幌で測ると真北から西方向へ約9.2度、東京は同7度、そして沖縄では同4.1度です。
ちなみに風水では磁北を使っているようですが、占い結果に影響はないのでしょうか。

北が北でなくなる日

わたしたちが生きている期間、少なくとも個人的に考える限り、磁極の変化を気にする必要はありません。
明日突然北と南がひっくり返る?まずありえません。
とはいえ100%ないとも言えません。

実際に北が北でなくなる日は訪れます。

1.地球は揺れながら自転している

上述の通り地磁気は常に変化しています。
これは地球の中心にある鉄が動いているからです。

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わかりやすい説明として、生卵を回してみましょう。
卵黄が固定されていないので、うまく回り続けられません。
一方でゆで卵を回すと、コマのようにきれいに回ります。
中心が安定しているからです。

地球もこの原理です。

そのため地球は、揺れながら自転しています。

ただし本当の中心には固体の核、内核があると考えられていますが、その周りを液体の外核が囲んでいると推定されています。

もちろんだれも地球の内部を見たことはありませんが、これは地震波が伝わる状態から理解されました。
つまり先行波であるP波は縦波なのでどんな物体でも伝わります。
しかし遅行波であるS波は横波です。
基本的に固体しか伝わりません。
そこからどの厚さまで固体か液体か、調べられるようです。

2.北極星が常に北極星とは限らない

学校で習う北極星(ポラリス)も正確には真北にありません。

とはいえ肉眼的にほぼ北であり動かないように見えるので、北極星に指定しています。

もちろんわたしたちが生きている間に大きな変化はありません。
しかし上述のように地球は揺れながら自転しています。
これを首振り運動歳差運動とも呼んでいます。
約26000年周期で回転していると言われます。

そのため西暦13700年になると、こと座のベガが北極星になるようです。

ちなみにこの現象は、紀元前150年、ヒッパルコスによって発見されていたようです。
ギリシャ時代恐るべし!

地層に年代が記されている

地磁気の変化がなぜわかるのか?
地層に証拠が記されているようです。

1.地球の歴史を区分する

地球の歴史を区分する際、主に地層が使われます。
これは地層から発見される化石、当時の生物相に大きな違いがあるからです。
支配していたであろう生物の違いによって時代を分けていくのが現実的です。
古生代

5.4億年前を境に古生代が始まります。
古生代はさらにカンブリア紀・オルドビス紀・シルル紀・デボン紀・石炭紀・ペルム紀(二畳紀)へと分けられ、主に海の生物が栄えた時代です。
それ以前は代表的な生物がいなかったので先カンブリア時代と呼ばれます。

中生代

2.5億年前にあった絶滅期を境に中生代が始まります。
恐竜などの巨大は虫類が栄えた時代です。
これも三畳紀、ジュラ紀、白亜紀などに細分されます。
そして6600万年前、巨大いん石の衝突によって恐竜が絶滅!時代が変わります。

新生代

哺乳類の時代と呼ばれる新生代が始まります。
これも古第三紀、新第三紀、そして285万年前から現在まで続く第四紀に分かれます。
第四紀は、更新世と11700年前から始まる完新世に細分されます。

なお新生代以降に大量絶滅期はありません。
一方で新しい地層なのでさまざまなデータが集まります。
そこで当時の気候や地磁気の変化によって時代を区分できるようになりました。

2.千葉時代が提案されている

地球のことは地球に聞け!
地層には多くの情報が隠されています。
科学技術の進展によってさまざまなことが理解できるようになっています。
その代表が地磁気の逆転現象です。
ちょっと揺れるだけではなく、南北が逆転した時期が少なからずあるようです。

古第三紀末期である358万年前から現在まで、地磁気の入れ替わりが11回確認されています。
そして一番最近は、約77万年前です。

この時の状況が千葉県市原市にある養老川の崖に示されています。

そこからこの時代をチバニアン千葉時代と命名しよう!
国際学会に提案されています。

ただしイタリアでも似た地層が発見されています。
そのためどちらが命名権を得るか?
ちょっとした論争があるようです。

3.なぜわかるのか

地磁気の変化をどうやって調べるのか?素朴な疑問です。
とはいえ動かぬ証拠があります。
地層の中にある土を調べます。

簡単に原理を言えば、その当時に積もった岩石中にある鉄分が一定の方向に並ぶ。
これが磁気の方向に該当します。

主に火山灰などが頼りです。
つまり地球内部から出てきた当時の動かぬ証拠になります。
ちょうど77万年前、長野県にある御岳山が噴火した火山灰があります。
そこから地磁気の変化が確認できたようです。

ちなみに磁力を持つ金属は鉄、コバルト、ニッケルなど限られています。
なぜそれだけしか磁力を持たないのか?
これも素粒子の話、電子の並び方によって決まります。
そうした偶然の積み重なりによって地球で磁気が生まれ、宇宙線から地球を守る!磁石を使える!
わたしたちに恵みをもたらしています。

ニホニウム以来の快挙か

日本人のノーベル賞、そして113番目の元素ニホニウムの発見!
それに類する快挙です。
チバニアンという名称によって日本の地域名が世界中の教科書に記載される日は、そう遠くないかもしれません。

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たくと
たくと
著者サイトたくとすく~る
生まれつき無関心な子供はいない! そう信じ、学習塾や講習会などで、 科学を楽しく解説しようと日々奮闘しています。 半世紀生きていますが、 気持ちは、今でも夢見る少年です。

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