方位磁針のN極が指す先は、未来永劫ずっと北だと思っていないでしょうか。実は地球の歴史を見渡すと、N極とS極はこれまでに何度も入れ替わってきました。そして、その「最後の大逆転」が起きた瞬間を、世界で最も精密に記録した地層が、ほかでもない日本の千葉県にあります。

千葉県市原市の養老川沿いにある崖「千葉セクション」。ここには、約77万年前に地球の磁場が丸ごとひっくり返った痕跡が、地層の中にそのまま刻まれています。その精度の高さが評価され、2020年に国際地質科学連合(IUGS)はこの地層を地質時代の基準地点として正式に認定しました。日本の地名が地質時代の名前に使われたのは、これが史上初めてのことです。

国立極地研究所の菅沼悠介氏や茨城大学の岡田誠氏らの研究チームが発表してきた複数の論文をもとに、地球の磁場がどれくらいの時間をかけて、どれくらい弱まりながら逆転したのかを見ていきましょう。

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なぜ地球の磁場は逆転するのか

地球が巨大な磁石のようにふるまうのは、中心にある核(コア)、とくに液体状の金属でできた外核(がいかく=地球の中心部にある、どろどろに溶けた鉄やニッケルの層)が、ゆっくりと対流しているからだと考えられています。この対流がダイナモ(発電機)のように働き、地球規模の磁場をつくり出している、という考え方をダイナモ理論と呼びます。

ただし、この対流は常に一定というわけではありません。外核の中の流れが乱れると、磁場の向きや強さも揺らぎます。そして地球の歴史の中では、ごく稀に、この揺らぎが磁場の向きそのものを完全にひっくり返してしまうことがありました。これが地磁気逆転です。直近に起きた本格的な逆転は、約77万年前の「松山-ブリュン逆転」と呼ばれる出来事で、ちょうど千葉セクションの地層に記録されているのがこれです。

地層がこの逆転を記録できる理由はシンプルです。海底に泥や砂が積もるとき、含まれている微小な磁性鉱物が、そのときどきの地球の磁場の向きに合わせて並びます。泥が固まって岩になれば、その向きはそのまま保存される。いわば地層そのものが、大昔の方位磁針というわけです。

調査:地層を1枚ずつ読み、火山灰で年代を測る

千葉セクションはもともと海底に積もった地層で、その後の地殻変動で陸地になり、養老川が削った崖として地表に現れました。研究チームはこの崖から連続した地層サンプルを一枚ずつ採取し、含まれる磁性鉱物の向きを測定することで、当時の地磁気の方位と強さを復元していきました。

岡田誠氏らが2017年に発表した研究では、この千葉セクションの地層から、逆転の前後を含む非常に高解像度の古地磁気記録が得られたと報告されています。さらに菅沼悠介氏らは2015年、境界付近の火山灰層(Byk-Eという名前がついています)に含まれるジルコンのウラン-鉛年代を測定し、約77万2700年前(誤差7200年)という値を得ました。これが、逆転の年代を決める大きな手がかりになっています。

図1:現在の地磁気の強さと、逆転の最中に落ち込んだ強さの比較
約7.7×10²²Am² 約2.3×10²²Am² 現在の地球 一般的な推定値 逆転の最中の最低値 約77万2000年前ごろ 8 6 4 2 0
地球の磁場の強さ(双極子モーメント)は、逆転の真っただ中には現在の3割にも届かないレベルまで落ち込んでいたとされる。
出典:Simon et al. (2019) が報告した逆転時の推定値、現在の値は一般的に報告されている推定値(約7.6〜7.8×10²²Am²)をもとに作図

結果:逆転には少なくとも2万年かかっていた

菅沼悠介氏・岡田誠氏らが2020年に発表した論文では、これらのデータを統合し、逆転の全過程を初めて一本のストーリーとして描き出したと報告されています。そこで示された流れは、次のようなものでした。

まず、実際に方位がひっくり返るよりも1万年以上前から、地磁気の向きと強さがすでに不安定になり始めていました。そして約77万2900年前、ついに方位が完全に反転します。しかしそこで話は終わりません。反転後もしばらく磁場は不安定な状態が続き、約76万3000年前にようやく収束して、新しい向きで安定したと報告されています。不安定化の始まりから収束まで、全体では少なくとも2万年以上がかかっていたことになります。地質学的には一瞬のようでも、人間の歴史(文字が生まれてからまだ1万年ほど)よりもずっと長い時間です。

図2:千葉セクションが記録した、地磁気逆転が進んだ年代の流れ
※ 横軸は年代(左が古い・右が新しい)。目盛りは概略 約78万3000年前 地磁気が揺らぎ出す 約77万2900年前 方位が完全に反転 (この層が「境界」) 約76万3000年前 不安定が収束・安定 現在へ→ この一連の過程に、少なくとも2万年以上かけて進行したとされる
方位が反転した瞬間だけでなく、その前後にも長い「揺らぎの時代」があったことが分かる。
出典:Haneda et al. (2020) の報告をもとに作図

そしてもう一つ興味深い結果があります。磁場の強さは、不安定な時期にいったん大きく落ち込んだあと、収束したあとには逆転前よりもむしろ強くなったと報告されています。磁場という「バリア」は、逆転のたびに一度薄くなり、そのあとまた厚みを取り戻す——そんなサイクルを繰り返してきたことになります。

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なぜ日本の地名が、地質時代の名前になったのか

地質時代の境界というのは「ここからここまでが○○時代」と誰かが決めれば済む話ではありません。世界中の研究者が、同じ境界を同じ精度で確認できる基準地点(GSSP=国際標準模式地)が必要になります。

千葉セクションが選ばれた理由は、単に「古い地層がある」からではありません。連続して、しかも高い解像度で、地磁気の方位・強さ・年代という3つの情報がすべて読み取れる地層が、世界でもほとんど例がなかったからです。たとえるなら、同じ出来事を記録した日記が世界中にあるとして、ほとんどはページが虫食いでところどころ読めない。千葉セクションは、ほぼ毎日欠かさず、しかも丁寧な字で書かれた日記だった、というイメージです。

2017年の申請から3段階の国際審査を経て、2020年1月17日、国際地質科学連合(IUGS)の理事会がこれを正式に承認しました。約77万4000年前から約12万9000年前までの地質時代は、こうして「チバニアン(Chibanian=千葉時代)」と名付けられました。日本の地名が地質時代名として採用された、史上初めての例です。

💡 ちなみに 似たような「地磁気が消えかけた」話として、約4万2000年前に地磁気がほぼゼロまで弱まった「ラシャン事変」という出来事があります。こちらはネアンデルタール人の絶滅との関連が議論されている、別の研究テーマです。くわしくはこちらの記事で紹介しています。千葉セクションが記録したのは、それより古く、しかも方位が完全に入れ替わった「本物の逆転」である点が異なります。

この話、こう使える

「77万年前の話なんて自分には関係ない」と思うかもしれませんが、実はいま進行中の変化とも地続きです。地球の磁場は19世紀半ば以降、1世紀あたりおおむね5〜7%の割合で弱まり続けていると報告されています。南米からアフリカ南部にかけての上空では「南大西洋異常帯」と呼ばれる磁場の弱い領域が広がっていることも知られており、人工衛星の運用などに注意を払う材料になっています。

ここで千葉セクションの研究が教えてくれるのは、「弱まっている」という事実だけでは、何が起きるかの結論は出せないということです。本格的な逆転が起きるとしても、不安定化から収束まで少なくとも2万年という、人間の感覚からすればとても長い時間をかけて進みます。目先の変化に慌てず、長いスケールで物事を見る視点は、科学ニュースを読むときにも役立つ考え方です。

そしてもうひとつ。今回のような「へぇ、そうだったのか」という話は、知っているだけでは終わりません。誰かに話してみることで初めて自分の記憶にも定着します。こうした雑学・トリビアのストックを増やしたい人は、英語の雑学・豆知識のコーナーも覗いてみてください。

注意点:この研究の限界

⚠️ 「もうすぐ逆転する」わけではない 現在の地磁気が弱まっていることと、近いうちに本格的な逆転が起きることは、直接結びつく話ではありません。NASAなどの専門機関も、現在の弱まりの速度や規模は、過去に実際の逆転が起きたときの変化と比べてまだ大きな差があると説明しています。「逆転が近い」という見出しだけが独り歩きしやすいテーマなので、注意が必要です。

よくある質問

次に地磁気が逆転するのはいつですか?今、地磁気が弱まっているのは逆転の兆候ですか?
正確な予測はできないと考えられています。過去の逆転は数十万年単位の不規則な間隔で起きてきました(前回は約77万年前)。現在の地磁気は19世紀半ば以降、1世紀あたり5〜7%ほど弱まっていると報告されていますが、Haneda et al.(2020)の研究では、本格的な逆転が始まるよりずっと前から不安定化が進み、さらに2万年以上かけて収束しています。今の弱まりだけで逆転が近いと判断するのは時期尚早、というのが研究者の一般的な立場です。
地磁気が逆転したら、人間の生活にどんな影響がありますか?
逆転が完了してしまえば、磁場は新しい向きで安定するため、コンパスの指す向きが変わる程度で、磁場自体が消えてしまうわけではないと考えられています。ただしSimon et al.(2019)などが示したように、逆転の途中には磁場が大きく弱まる期間があり、この間は宇宙線や太陽風の影響を受けやすくなる可能性が指摘されています。人類がこうした逆転を経験した記録はまだなく、影響の大きさは今も研究が続いている段階です。
チバニアンという名前はもう正式に決まっているのですか?観光で行けますか?
2020年1月17日、国際地質科学連合(IUGS)の理事会で正式に承認されました。日本の地名が地質時代の名前に使われたのはこれが初めてです。千葉県市原市田淵の養老川沿いにある「千葉セクション」が国際標準模式地(GSSP)として認定されており、現地にはビジターセンターも整備されています。河原を歩くことになるため、長靴などの準備が推奨されています。

今日の3行まとめ

📌 これだけ持ち帰ってください 地球の磁場は約77万年前、N極とS極が丸ごと入れ替わる「大逆転」を起こしました。その一部始終を、不安定化から収束まで少なくとも2万年分、世界最高レベルの精度で記録していたのが千葉県の地層です。
この精度の高さが評価され、2020年に地質時代の名前として「チバニアン」が正式に採用されました。日本の地名が使われたのは史上初めてのことです。
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