1. 개요[편집]
  |
내핵의 위치(inner core) |
지구의 내핵은 지구 내부에서 가장 깊숙한 곳에 위치한 지질학적 구조층이다. 이 구조는 대체로 고체 상태의 철과 니켈로 이루어진 구형 덩어리로 구성되어 있으며, 반지름은 약 1,220km로 측정된다. 이는 지구 전체 반지름의 약 5분의 1에 해당하며, 달 반지름의 약 70%와 맞먹는다.
내핵은 지각이나 맨틀과는 달리 직접적인 시료 채취가 불가능한 영역이기 때문에, 과학자들은 지진파의 전달 방식과 지구 자기장과 같은 간접적인 증거를 통해 그 성질을 추정해 왔다. 특히 지진파의 진행 속도와 굴절 현상은 내핵이 고체 상태라는 사실을 뒷받침한다.
현재 내핵은 주로 철과 니켈로 이루어져 있다고 여겨지며, 여기에 소량의 가벼운 원소들이 포함되어 있을 가능성도 제기된다. 내핵 표면의 온도는 약 5,700K, 섭씨로 환산하면 약 5,430도에 이르며, 이는 태양 표면 온도에 맞먹는 수준이다. 이러한 높은 온도에도 불구하고 내핵이 고체 상태를 유지하는 이유는 극도로 높은 압력 때문이다. 이러한 상태는 시몬-글라첼 방정식에 따라 설명된다. 높은 압력이 고체 상태의 안정성을 유지시켜주며, 이는 지구 중심부의 열역학적 특성을 이해하는 데 중요한 근거가 된다.
내핵은 지구 자기장을 형성하는 외핵과 밀접한 상호작용을 하며, 이 과정에서 발생하는 역학적 에너지는 지구 내부의 열순환에도 영향을 미친다. 이처럼 내핵은 지질학적 구조 이상의 의미를 가지며, 지구 전체의 동역학적 균형을 이해하는 데 핵심적인 역할을 한다.
내핵은 지각이나 맨틀과는 달리 직접적인 시료 채취가 불가능한 영역이기 때문에, 과학자들은 지진파의 전달 방식과 지구 자기장과 같은 간접적인 증거를 통해 그 성질을 추정해 왔다. 특히 지진파의 진행 속도와 굴절 현상은 내핵이 고체 상태라는 사실을 뒷받침한다.
현재 내핵은 주로 철과 니켈로 이루어져 있다고 여겨지며, 여기에 소량의 가벼운 원소들이 포함되어 있을 가능성도 제기된다. 내핵 표면의 온도는 약 5,700K, 섭씨로 환산하면 약 5,430도에 이르며, 이는 태양 표면 온도에 맞먹는 수준이다. 이러한 높은 온도에도 불구하고 내핵이 고체 상태를 유지하는 이유는 극도로 높은 압력 때문이다. 이러한 상태는 시몬-글라첼 방정식에 따라 설명된다. 높은 압력이 고체 상태의 안정성을 유지시켜주며, 이는 지구 중심부의 열역학적 특성을 이해하는 데 중요한 근거가 된다.
내핵은 지구 자기장을 형성하는 외핵과 밀접한 상호작용을 하며, 이 과정에서 발생하는 역학적 에너지는 지구 내부의 열순환에도 영향을 미친다. 이처럼 내핵은 지질학적 구조 이상의 의미를 가지며, 지구 전체의 동역학적 균형을 이해하는 데 핵심적인 역할을 한다.
2. 지진파를 통한 내핵 연구[편집]
지구 내핵에 대한 이해는 오직 간접적인 지질학적 신호, 그중에서도 지진파의 분석을 통해 이뤄졌다. 지금까지도 과학자들이 내핵의 성질을 밝히는 데 있어 가장 중요한 수단으로 여기는 것이 바로 지진파이다. 지진파는 지구 내부를 가로지르며 다양한 경로를 따라 이동하고, 이 과정에서 물질의 성질에 따라 속도와 진폭, 진행 방향이 변화하게 된다. 이를 정밀하게 측정하고 해석함으로써, 직접 도달할 수 없는 내핵의 밀도, 탄성, 상태(고체 또는 액체), 구조적 경계 등을 추정할 수 있다.
특히 지표면에서 30km보다 깊은 곳에서 발생하는 심발 지진은 지구 내부, 특히 맨틀 하부와 외핵, 내핵을 통과하는 파형을 생성하기 때문에 연구에 있어 가장 가치 있는 신호로 간주된다. 이러한 파형은 전 세계적으로 설치된 지진계에 기록되며, 이를 종합 분석함으로써 전 지구적 스케일에서 내핵의 3차원적 구조를 재구성할 수 있다.
지진파는 크게 두 가지 주요한 유형으로 나뉜다. 첫 번째는 압축을 통해 전달되는 압축파, 흔히 ‘P파’로 불리는 파형이다. 이는 고체와 액체 모두를 통과할 수 있으며, 전파 속도가 빠르고 가장 먼저 도착하기 때문에 ‘Primary wave’라고도 한다. 두 번째는 전단력을 통해 전달되는 전단파, 즉 ‘S파’이며, 고체처럼 전단 응력이 작용할 수 있는 탄성 매질에서만 전파가 가능하다. 액체 상태에서는 전단 응력이 지지되지 않기 때문에 S파는 통과하지 못한다. 이러한 특성은 내핵이 고체인지 액체인지를 판단하는 데 있어 결정적인 기준이 된다.
내핵을 분석하는 데 있어 가장 주목할 만한 지진파 경로는 이른바 PKiKP 및 PKIKP로 명명된 복합 경로이다. 이 명칭은 지진파가 지나가는 지층을 약어로 표현한 것으로, ‘P’는 압축파, ‘K’는 외핵, ‘I’는 내핵, ‘i’는 내핵 경계를 뜻한다.
PKiKP 파형은 지표면 근처에서 발생한 P파가 맨틀을 지나 외핵 경계(K)를 통과한 후, 내핵의 외곽(i)에서 반사되어 다시 외핵과 맨틀을 통과한 뒤 지표면에서 감지되는 구조를 가진다.
반면 PKIKP 파형은 유사한 출발점을 가지지만 내핵 경계에서 반사되지 않고 내부(I)를 직접 관통하여 나오는 파형이다. 이 파형은 내핵 내부의 압축파 전파 속도를 직접 측정할 수 있는 유일한 수단이며, 내핵이 단순한 경계면이 아닌 복합적인 성질을 가진 독립된 고체층이라는 사실을 보여준다.
파형들은 진원지와 수신기 간 거리에 따라 명확도가 달라지는데, PKiKP는 수직 방향 경로일수록, PKIKP는 진앙의 반대편, 즉 대척점에서 수신될 때 가장 뚜렷한 신호를 나타낸다. 지구 전체를 관통하는 이 경로는 지진파의 속도 및 굴절각의 변화에 대한 정밀한 분석을 가능케 하며, 이로 인해 내핵의 대략적인 두께, 경계의 위치, 구성 물질의 밀도까지 추정할 수 있다.
과거에는 내핵을 통과하는 S파가 존재하지 않는다고 여겨졌으나, 최근 연구에서는 P파가 내핵 경계에서 S파로 변환되는 PKJKP 파형이 관측되었다. 이 파형은 P파가 외핵을 지나 내핵에 들어갈 때 전단파(J)로 변환되어 내핵 내부를 통과하고, 다시 외핵 경계에서 압축파로 복귀하여 지표면에 도달하는 과정을 따른다. 전단파는 액체에서 전달되지 않기 때문에, PKJKP 파형의 존재는 내핵이 고체 상태임을 직접적으로 입증하는 과학적 근거가 된다.
이러한 파형들의 감쇠도 내핵 연구에 있어 중요하다. 특정 파형은 내핵을 통과하며 감쇠가 크고, 다른 파형은 상대적으로 감쇠가 적은데, 이러한 차이는 물질의 점성, 밀도, 결정 구조 등과 밀접한 관련이 있다. 일부 연구는 내핵 내부가 완전히 균질한 고체가 아니라, 결정 구조에 따라 방향성이 있는 이방성 고체일 수 있음을 시사하기도 한다. 실제로 PKIKP 파형은 진행 방향에 따라 속도가 미묘하게 달라지는 경향을 보이며, 이는 내핵의 결정 구조가 특정 방향으로 정렬되어 있음을
특히 지표면에서 30km보다 깊은 곳에서 발생하는 심발 지진은 지구 내부, 특히 맨틀 하부와 외핵, 내핵을 통과하는 파형을 생성하기 때문에 연구에 있어 가장 가치 있는 신호로 간주된다. 이러한 파형은 전 세계적으로 설치된 지진계에 기록되며, 이를 종합 분석함으로써 전 지구적 스케일에서 내핵의 3차원적 구조를 재구성할 수 있다.
지진파는 크게 두 가지 주요한 유형으로 나뉜다. 첫 번째는 압축을 통해 전달되는 압축파, 흔히 ‘P파’로 불리는 파형이다. 이는 고체와 액체 모두를 통과할 수 있으며, 전파 속도가 빠르고 가장 먼저 도착하기 때문에 ‘Primary wave’라고도 한다. 두 번째는 전단력을 통해 전달되는 전단파, 즉 ‘S파’이며, 고체처럼 전단 응력이 작용할 수 있는 탄성 매질에서만 전파가 가능하다. 액체 상태에서는 전단 응력이 지지되지 않기 때문에 S파는 통과하지 못한다. 이러한 특성은 내핵이 고체인지 액체인지를 판단하는 데 있어 결정적인 기준이 된다.
내핵을 분석하는 데 있어 가장 주목할 만한 지진파 경로는 이른바 PKiKP 및 PKIKP로 명명된 복합 경로이다. 이 명칭은 지진파가 지나가는 지층을 약어로 표현한 것으로, ‘P’는 압축파, ‘K’는 외핵, ‘I’는 내핵, ‘i’는 내핵 경계를 뜻한다.
PKiKP 파형은 지표면 근처에서 발생한 P파가 맨틀을 지나 외핵 경계(K)를 통과한 후, 내핵의 외곽(i)에서 반사되어 다시 외핵과 맨틀을 통과한 뒤 지표면에서 감지되는 구조를 가진다.
반면 PKIKP 파형은 유사한 출발점을 가지지만 내핵 경계에서 반사되지 않고 내부(I)를 직접 관통하여 나오는 파형이다. 이 파형은 내핵 내부의 압축파 전파 속도를 직접 측정할 수 있는 유일한 수단이며, 내핵이 단순한 경계면이 아닌 복합적인 성질을 가진 독립된 고체층이라는 사실을 보여준다.
파형들은 진원지와 수신기 간 거리에 따라 명확도가 달라지는데, PKiKP는 수직 방향 경로일수록, PKIKP는 진앙의 반대편, 즉 대척점에서 수신될 때 가장 뚜렷한 신호를 나타낸다. 지구 전체를 관통하는 이 경로는 지진파의 속도 및 굴절각의 변화에 대한 정밀한 분석을 가능케 하며, 이로 인해 내핵의 대략적인 두께, 경계의 위치, 구성 물질의 밀도까지 추정할 수 있다.
과거에는 내핵을 통과하는 S파가 존재하지 않는다고 여겨졌으나, 최근 연구에서는 P파가 내핵 경계에서 S파로 변환되는 PKJKP 파형이 관측되었다. 이 파형은 P파가 외핵을 지나 내핵에 들어갈 때 전단파(J)로 변환되어 내핵 내부를 통과하고, 다시 외핵 경계에서 압축파로 복귀하여 지표면에 도달하는 과정을 따른다. 전단파는 액체에서 전달되지 않기 때문에, PKJKP 파형의 존재는 내핵이 고체 상태임을 직접적으로 입증하는 과학적 근거가 된다.
이러한 파형들의 감쇠도 내핵 연구에 있어 중요하다. 특정 파형은 내핵을 통과하며 감쇠가 크고, 다른 파형은 상대적으로 감쇠가 적은데, 이러한 차이는 물질의 점성, 밀도, 결정 구조 등과 밀접한 관련이 있다. 일부 연구는 내핵 내부가 완전히 균질한 고체가 아니라, 결정 구조에 따라 방향성이 있는 이방성 고체일 수 있음을 시사하기도 한다. 실제로 PKIKP 파형은 진행 방향에 따라 속도가 미묘하게 달라지는 경향을 보이며, 이는 내핵의 결정 구조가 특정 방향으로 정렬되어 있음을
3. 규모와 형태[편집]
지구의 중심에 자리한 내핵은 지질학적으로 가장 깊숙한 층위이며, 고체 상태로 존재하는 특징을 지닌다. 내핵의 반지름은 약 1,221 km로 측정된다. 이는 지구 전체 반지름의 약 19%에 해당하며, 달 반지름의 약 70% 수준에 달하는 크기이다. 이 수치는 지구 내부 구조에서 내핵이 차지하는 상대적 규모를 가늠하는 중요한 기준이 된다.
내핵의 부피는 약 76억km³로 산출되며, 이는 전체 지구 부피의 약 0.69%에 불과하다. 다시 말해 지구라는 행성의 전체 구조 중 내핵은 중심에 위치하나, 그 부피나 질량 면에서는 제한된 비중만을 차지한다. 그럼에도 불구하고 내핵은 행성 자기장 형성 과정에서 결정적 역할을 수행하는 핵심 요소로 간주된다.
형태적인 측면에서 내핵은 정구에 가까운 회전 타원체로 추정된다. 즉, 완전한 구형은 아니며 자전에 따른 원심력의 영향으로 적도 부분이 미세하게 팽창한 형태를 이룬다. 이러한 변형은 지구 전체의 형태가 완만한 타원체임을 반영하는 현상으로, 내핵 역시 그 영향에서 완전히 자유롭지 않다. 다만, 내핵은 밀도가 극히 높고 고체 상태를 유지하고 있기 때문에 지표면과 비교할 때 훨씬 더 구형에 가까운 형태를 보인다.
내핵의 편평률은 약 1분의 400에서 1분의 416 사이로 추정되며, 이에 따르면 극반지름은 적도반지름보다 약 3km가량 짧다. 이는 전체 지구의 편평률이 약 1분의 300이고, 극반지름과 적도반지름의 차이가 약 21km에 달하는 것과 비교할 때 상대적으로 완만한 편평을 의미한다. 이러한 형태는 지구 자전으로 인한 원심력, 내부 압력, 그리고 중력 간의 정교한 균형에 의해 형성된 것으로 이해된다.
내핵의 부피는 약 76억km³로 산출되며, 이는 전체 지구 부피의 약 0.69%에 불과하다. 다시 말해 지구라는 행성의 전체 구조 중 내핵은 중심에 위치하나, 그 부피나 질량 면에서는 제한된 비중만을 차지한다. 그럼에도 불구하고 내핵은 행성 자기장 형성 과정에서 결정적 역할을 수행하는 핵심 요소로 간주된다.
형태적인 측면에서 내핵은 정구에 가까운 회전 타원체로 추정된다. 즉, 완전한 구형은 아니며 자전에 따른 원심력의 영향으로 적도 부분이 미세하게 팽창한 형태를 이룬다. 이러한 변형은 지구 전체의 형태가 완만한 타원체임을 반영하는 현상으로, 내핵 역시 그 영향에서 완전히 자유롭지 않다. 다만, 내핵은 밀도가 극히 높고 고체 상태를 유지하고 있기 때문에 지표면과 비교할 때 훨씬 더 구형에 가까운 형태를 보인다.
내핵의 편평률은 약 1분의 400에서 1분의 416 사이로 추정되며, 이에 따르면 극반지름은 적도반지름보다 약 3km가량 짧다. 이는 전체 지구의 편평률이 약 1분의 300이고, 극반지름과 적도반지름의 차이가 약 21km에 달하는 것과 비교할 때 상대적으로 완만한 편평을 의미한다. 이러한 형태는 지구 자전으로 인한 원심력, 내부 압력, 그리고 중력 간의 정교한 균형에 의해 형성된 것으로 이해된다.
4. 밀도와 질량[편집]
내핵은 매우 높은 밀도 특성을 나타낸다. 현재까지의 지진파 분석과 지구물리학적 모델에 따르면, 내핵의 중심부에서는 밀도가 약 13.0 kg/L로 추정되며, 내핵의 경계면에 가까운 부분으로 갈수록 이 값은 약간 낮아져 약 12.8 kg/L에 이른다고 평가된다. 이러한 밀도 분포는 내핵 내부가 균질하지 않고, 중심에서 외곽으로 향하며 점진적으로 밀도가 완화되는 구조임을 시사한다.
이러한 밀도 값은 단위 체적당 질량을 의미하며, 고체 상태의 철 또는 철-니켈 합금이 초고압 상태에서 구성하는 상태를 반영한다. 이러한 고밀도 구조는 지구 중심부의 극단적인 온도와 압력이 결합된 결과로 발생한다. 특히 내핵은 중심부에서의 압력이 약 3,600만 기압에 달하는 환경에 놓여 있으며, 이는 지표면의 대기압에 비해 수백만 배에 이르는 수치이다.
내핵의 경계면을 기준으로 위쪽에 위치한 외핵은 액체 상태로 존재하며, 그 밀도는 내핵에 비해 뚜렷하게 낮다. 외핵의 하부에서는 밀도가 약 12.1 kg/L 정도로 추정되는데, 이는 내핵 표면보다 약 0.7 kg/L 낮은 수치이다. 이처럼 고체 내핵과 액체 외핵 사이에는 물리적 성질의 뚜렷한 경계가 존재하며, 밀도의 급격한 차이는 지진파의 반사와 굴절 현상을 통해 간접적으로 확인되고 있다. 이 경계면은 지구 내부 구조 중에서도 특히 중요한 전이대이며, 내핵의 존재를 최초로 입증한 주요 근거 중 하나이기도 하다.
이를 지구 전체와 비교해 보면, 지표면에서부터 깊이 약 100 km까지의 상부 지각과 상부 맨틀의 평균 밀도는 약 3.4 kg/L에 불과하다. 즉, 내핵의 밀도는 상부 지구 구조에 비해 약 4배에 달하는 수준이며, 이는 지구 내부로 갈수록 압축력이 커지고 물질이 조밀하게 배열됨을 보여주는 대표적인 사례이다.
이처럼 높은 밀도와 더불어 내핵의 부피가 약 76억 km³에 달한다는 사실을 종합하면, 내핵 전체의 질량은 약 10²³ kg에 이르는 것으로 계산된다. 이는 지구 전체 질량의 약 1.7퍼센트, 다시 말해 약 60분의 1에 해당하는 양이다. 지구 전체의 질량이 약 6×10²⁴ kg인 것을 감안하면, 내핵은 비록 부피 면에서는 작지만 그 질량은 지구 내부 구조 중에서도 매우 큰 비중을 차지하는 셈이다.
이러한 질량과 밀도는 내핵이 지구 자기장을 형성하는 데 핵심적인 역할을 한다는 이론적 토대가 된다. 외핵의 유동성과 내핵의 고정된 질량 구조 사이에서 발생하는 상호작용은 자기장 생성 메커니즘인 ‘지자기 다이너모’ 작용을 가능하게 하며, 이는 지구가 생명체를 유지할 수 있는 조건을 갖추게 한 결정적 요소 중 하나로 평가된다.
이러한 밀도 값은 단위 체적당 질량을 의미하며, 고체 상태의 철 또는 철-니켈 합금이 초고압 상태에서 구성하는 상태를 반영한다. 이러한 고밀도 구조는 지구 중심부의 극단적인 온도와 압력이 결합된 결과로 발생한다. 특히 내핵은 중심부에서의 압력이 약 3,600만 기압에 달하는 환경에 놓여 있으며, 이는 지표면의 대기압에 비해 수백만 배에 이르는 수치이다.
내핵의 경계면을 기준으로 위쪽에 위치한 외핵은 액체 상태로 존재하며, 그 밀도는 내핵에 비해 뚜렷하게 낮다. 외핵의 하부에서는 밀도가 약 12.1 kg/L 정도로 추정되는데, 이는 내핵 표면보다 약 0.7 kg/L 낮은 수치이다. 이처럼 고체 내핵과 액체 외핵 사이에는 물리적 성질의 뚜렷한 경계가 존재하며, 밀도의 급격한 차이는 지진파의 반사와 굴절 현상을 통해 간접적으로 확인되고 있다. 이 경계면은 지구 내부 구조 중에서도 특히 중요한 전이대이며, 내핵의 존재를 최초로 입증한 주요 근거 중 하나이기도 하다.
이를 지구 전체와 비교해 보면, 지표면에서부터 깊이 약 100 km까지의 상부 지각과 상부 맨틀의 평균 밀도는 약 3.4 kg/L에 불과하다. 즉, 내핵의 밀도는 상부 지구 구조에 비해 약 4배에 달하는 수준이며, 이는 지구 내부로 갈수록 압축력이 커지고 물질이 조밀하게 배열됨을 보여주는 대표적인 사례이다.
이처럼 높은 밀도와 더불어 내핵의 부피가 약 76억 km³에 달한다는 사실을 종합하면, 내핵 전체의 질량은 약 10²³ kg에 이르는 것으로 계산된다. 이는 지구 전체 질량의 약 1.7퍼센트, 다시 말해 약 60분의 1에 해당하는 양이다. 지구 전체의 질량이 약 6×10²⁴ kg인 것을 감안하면, 내핵은 비록 부피 면에서는 작지만 그 질량은 지구 내부 구조 중에서도 매우 큰 비중을 차지하는 셈이다.
이러한 질량과 밀도는 내핵이 지구 자기장을 형성하는 데 핵심적인 역할을 한다는 이론적 토대가 된다. 외핵의 유동성과 내핵의 고정된 질량 구조 사이에서 발생하는 상호작용은 자기장 생성 메커니즘인 ‘지자기 다이너모’ 작용을 가능하게 하며, 이는 지구가 생명체를 유지할 수 있는 조건을 갖추게 한 결정적 요소 중 하나로 평가된다.
5. 온도[편집]
지구 내핵의 온도는 직접 측정할 수 없으므로, 고온 고압 상태에서 철의 용융점에 근거한 이론적 추정과 실험적 시뮬레이션을 통해 산출된다. 내핵은 기본적으로 철을 주성분으로 하며, 니켈 및 소량의 가벼운 원소들이 혼합된 구조로 여겨진다. 이 철-합금 구조가 특정 압력에서 녹기 시작하는 온도를 바탕으로 내핵의 온도를 간접적으로 추정할 수 있다.
내핵의 경계면, 즉 내핵과 외핵 사이의 경계에서는 약 330 GPa에 이르는 엄청난 압력이 작용한다. 이는 지표면의 대기압보다 무려 300만 배 이상 높은 수치로, 상온에서는 고체 상태인 철이 이 정도의 압력에서는 훨씬 높은 온도에서도 고체로 유지될 수 있음을 의미한다. 이는 열역학에서 클라우지우스-클라페이론 관계로 알려진 압력과 온도 간의 상호작용 법칙에 따라 설명된다. 이 관계에 따르면 압력이 증가하면 물질의 녹는점도 함께 상승하게 되는데, 이는 내핵에서 철이 고체로 존재하는 주요 원리 중 하나이다.
2002년에 발표된 지질물리학자 데이비드 알페(David Alfè) 등의 연구에서는, 불순물이 혼합된 철이 약 330 GPa의 압력에서 녹는 온도를 기준으로 내핵의 온도를 5,400 K에서 5,700 K 사이로 추정하였다. 이는 섭씨 기준으로 환산하면 약 5,100°C에서 5,400°C, 화씨 기준으로는 약 9,300°F에서 9,800°F에 해당하는 극한의 온도이다.
그러나 이후의 연구는 이 수치를 한층 더 상향 조정하였다. 2013년, 실험물리학자 실비아 안첼리니(Silvia Anzellini)와 연구진은 초고압 환경에서의 정밀 실험을 통해 철의 녹는점을 측정한 결과, 그 값이 6,230 K ± 500 K에 이른다고 보고하였다. 이는 섭씨 기준으로는 약 5,957°C ± 500°C, 다시 말해 최고 온도가 6,400°C에 이를 수 있음을 시사한다. 이 실험은 다이아몬드 앤빌 셀과 레이저 가열 기술을 활용하여 고체 철을 초고압 상태에서 가열하는 방식으로 이루어졌으며, 이전의 이론적 계산보다 더 정밀하고 현실에 가까운 수치를 제시한 것으로 평가된다.
이러한 온도 조건은 금속 대부분이 기체나 액체로 존재할 수밖에 없는 상태이나, 지구 내핵에서는 극단적인 압력이 물질을 고체 상태로 유지시킨다. 철은 원래 섭씨 약 1,538도에서 녹기 시작하지만, 수백 기가파스칼(GPa)에 달하는 압력 하에서는 이 녹는점이 수천 도 상승하게 된다. 이러한 점에서 내핵은 고온이면서도 고체 상태를 유지하는 매우 이례적인 환경이다.
내핵의 이같은 온도는 단순한 과학적 흥미를 넘어서 지구 전체 에너지 흐름과도 밀접하게 연관되어 있다. 내핵에서 외핵으로의 열 이동은 맨틀 대류의 동력원 중 하나로 작용하며, 외핵의 액체 금속이 대류를 일으키는 데 필요한 열에너지 또한 이 온도 차에서 비롯된다. 나아가 외핵에서 형성되는 자기장 역시 이 열에너지에 기반한 대류와 회전에 의해 유지되는 것으로, 내핵의 고온은 곧 지구 자기장의 안정성에 기여하는 요소이기도 하다.
또한 내핵의 온도는 시간이 흐름에 따라 서서히 변해왔을 가능성이 있으며, 수십억 년 동안 내핵이 냉각되면서 서서히 성장해 왔다는 모델도 존재한다. 이 냉각 과정은 철의 결정화와 관련이 있으며, 내핵의 성장이 외핵과의 화학적·열역학적 경계 조건을 변화시켜 자기장의 변동이나 지구 역사의 주요 사건과도 연결될 수 있다는 가설도 제기되어 왔다.
내핵의 경계면, 즉 내핵과 외핵 사이의 경계에서는 약 330 GPa에 이르는 엄청난 압력이 작용한다. 이는 지표면의 대기압보다 무려 300만 배 이상 높은 수치로, 상온에서는 고체 상태인 철이 이 정도의 압력에서는 훨씬 높은 온도에서도 고체로 유지될 수 있음을 의미한다. 이는 열역학에서 클라우지우스-클라페이론 관계로 알려진 압력과 온도 간의 상호작용 법칙에 따라 설명된다. 이 관계에 따르면 압력이 증가하면 물질의 녹는점도 함께 상승하게 되는데, 이는 내핵에서 철이 고체로 존재하는 주요 원리 중 하나이다.
2002년에 발표된 지질물리학자 데이비드 알페(David Alfè) 등의 연구에서는, 불순물이 혼합된 철이 약 330 GPa의 압력에서 녹는 온도를 기준으로 내핵의 온도를 5,400 K에서 5,700 K 사이로 추정하였다. 이는 섭씨 기준으로 환산하면 약 5,100°C에서 5,400°C, 화씨 기준으로는 약 9,300°F에서 9,800°F에 해당하는 극한의 온도이다.
그러나 이후의 연구는 이 수치를 한층 더 상향 조정하였다. 2013년, 실험물리학자 실비아 안첼리니(Silvia Anzellini)와 연구진은 초고압 환경에서의 정밀 실험을 통해 철의 녹는점을 측정한 결과, 그 값이 6,230 K ± 500 K에 이른다고 보고하였다. 이는 섭씨 기준으로는 약 5,957°C ± 500°C, 다시 말해 최고 온도가 6,400°C에 이를 수 있음을 시사한다. 이 실험은 다이아몬드 앤빌 셀과 레이저 가열 기술을 활용하여 고체 철을 초고압 상태에서 가열하는 방식으로 이루어졌으며, 이전의 이론적 계산보다 더 정밀하고 현실에 가까운 수치를 제시한 것으로 평가된다.
이러한 온도 조건은 금속 대부분이 기체나 액체로 존재할 수밖에 없는 상태이나, 지구 내핵에서는 극단적인 압력이 물질을 고체 상태로 유지시킨다. 철은 원래 섭씨 약 1,538도에서 녹기 시작하지만, 수백 기가파스칼(GPa)에 달하는 압력 하에서는 이 녹는점이 수천 도 상승하게 된다. 이러한 점에서 내핵은 고온이면서도 고체 상태를 유지하는 매우 이례적인 환경이다.
내핵의 이같은 온도는 단순한 과학적 흥미를 넘어서 지구 전체 에너지 흐름과도 밀접하게 연관되어 있다. 내핵에서 외핵으로의 열 이동은 맨틀 대류의 동력원 중 하나로 작용하며, 외핵의 액체 금속이 대류를 일으키는 데 필요한 열에너지 또한 이 온도 차에서 비롯된다. 나아가 외핵에서 형성되는 자기장 역시 이 열에너지에 기반한 대류와 회전에 의해 유지되는 것으로, 내핵의 고온은 곧 지구 자기장의 안정성에 기여하는 요소이기도 하다.
또한 내핵의 온도는 시간이 흐름에 따라 서서히 변해왔을 가능성이 있으며, 수십억 년 동안 내핵이 냉각되면서 서서히 성장해 왔다는 모델도 존재한다. 이 냉각 과정은 철의 결정화와 관련이 있으며, 내핵의 성장이 외핵과의 화학적·열역학적 경계 조건을 변화시켜 자기장의 변동이나 지구 역사의 주요 사건과도 연결될 수 있다는 가설도 제기되어 왔다.