Природа геомагнітного поля

Головне (постійне) геомагнітне поле із середньою напруженістю порядку 40 A/м існує близько 3·10⁹ років, що не дуже відрізняється від віку Землі. Розглянемо його природу. Її пояснювали по різному.

1. Феромагнітна гіпотеза.

Геомагнітне поле пояснювали наявністю феромагнітних матеріалів в земній корі, мантії та ядрі Землі. Наявність феромагнетиків і кулеподібна форма ядра були вихідними передумовами цієї гіпотези. За цією гіпотезою ядро Землі являє собою намагнічене тіло, яке створює геомагнітне поле дипольного характеру. Відомо, що поле намагніченої кулі співпадає за формою з полем диполя, який знаходиться в центрі кулі.

Але гіпотеза про намагніченість ядра не узгоджується з даними про його температуру (6000 ⁰С), що багато більше не лише точки Кюрі, але й температури плавлення заліза і нікелю.

Феромагнітна гіпотеза була відкинута із таких причин:

1. Після відкриття Ерстедом наявності магнітного поля навколо провідника із струмом існування геомагнетизму стали пояснювати дією електричних струмів, які циркулюють всередині Землі.

2. Для обґрунтування феромагнітної гіпотези необхідне зосередження феромагнетиків у поверхневому шарі (30 км). Але така феромагнітна кора у Землі відсутня.

Починаючи з 60-х років 20 ст., більшість вчених дотримується гідродинамічної гіпотези (гіпотези гідродинамічного динамо).

В її основі лежить ідея, запропонована в 1947р. радянським фізиком Я.І.Френкелем.

Вона виходить з того, що геомагнітне поле утворюється і підтримується за рахунок так званого динамо-механізму, тобто створення магнітного поля в ядрі землі відбувається подібно до того, як утворюється магнітне поле в динамо-машині із самозбудженням. При обертанні котушки у зовнішньому магнітному полі в ній виникає індукційний струм за рахунок явища електромагнітної індукції. Цей струм створює магнітне поле, яке може підсилити зовнішнє, а воно в свою чергу підсилить струм в котушці.

Основною причиною виникнення геомагнітного поля є утворення електричних струмів в ядрі Землі. Генерація цих струмів відбувається в магнітних полях, які створюються самими цими струмами. Електричні стуми виникають тоді, коли в ядрі відбувається неоднорідне обертання розплавлених мас. Таке диференціальне обертання речовини у зовнішньому рідкому ядрі і в той же час обертання цієї частини ядра відносно мантії Землі є головною причиною створення геомагнітного поля. Рідке ядро Землі обертається не як одне ціле навколо земної осі, а диференційовано: різні шари обертаються з різними швидкостями. В ньому виникають кільцеві електричні струми в результаті конвекції(перемішування).

Течії на поверхні рідкого ядра приводять до утворення замкнутих тороїдальних електричних полів значної напруженості (5 В/м),які не виходять за межі ядра. При наявності в ядрі початкового магнітного поля, силові лінії якого перетинає провідна рідина в ній виникає індукційний струм і починає працювати динамо.