γεωμαγνητισμός ή γήινος μαγνητισμός

Όρος που αφορά το μαγνητικό πεδίο της Γης και την περιοχή του Διαστήματος κοντά στη Γη. Αποτελεί ιδιαίτερο κλάδο της γεωφυσικής και ασχολείται με τη μελέτη του γήινου μαγνητικού πεδίου και των μεταβολών του, καθώς και με τα γεωφυσικά φαινόμενα στη Γη και στην ανώτερη ατμόσφαιρα που είναι συνδεμένα με τις μεταβολές αυτές. Σε κάθε σημείο στην επιφάνεια της Γης μπορούν να καθοριστούν τρία γεωμαγνητικά στοιχεία:το άνυσμα , δηλαδή η οριζόντια συνιστώσα της πυκνότητας μαγνητικής ροής στο σημείο αυτό, η έγκλιση δ, δηλαδή η γωνία ανάμεσα στο άνυσμα  και στο άνυσμα της ολικής πυκνότητας ροής  στο σημείο αυτό και η μαγνητική απόκλιση α, δηλαδή η γωνία ανάμεσα στο άνυσμα  και στο επίπεδο του γεωγραφικού μεσημβρινού. Η κάθετη συνιστώσα  της πυκνότητας μαγνητικής ροής του πεδίου είναι  + αu δ και η συνισταμένη  είναι sec δ. Πρίν από λίγα χρόνια το μαγνητικό πεδίο της Γης απεικονιζόταν με μία διάταξη μαγνητικών δυναμικών γραμμών που συνέκλιναν σε δύο σημεία, τους μαγνητικούς πόλους, χωρίς όμως αυτές να είναι συμμετρικές. Η ευθεία που ενώνει τους δύο πόλους δεν περνά από το κέντρο της Γης, ο μαγνητικός ισημερινός δεν συμπίπτει με τον γεωγραφικό και η μεταβολή της έντασης του γεωμαγνητικού πεδίου από τον ισημερινό προς τους πόλους δεν είναι ομοιόμορφη. (Οι σημερινές θέσεις των μαγνητικών πόλων, δηλαδή των σημείων στην επιφάνεια της Γης όπου η δ = 90° είναι: βόρειος μαγνητικός πόλος σε πλάτος 76° Β και μήκος 102° Δ και νότιος μαγνητικός πόλος σε πλάτος 68° Ν και μήκος 145° Α). Ήταν επίσης παραδεκτό, σε ό,τι αφορά την έκταση του μαγνητικού πεδίου, ότι αυτό εκτεινόταν μέσα στον διαπλανητικό χώρο, όπως συμβαίνει με το πεδίο βαρύτητας, και εξασθενούσε αντιστρόφως ανάλογα με τον κύβο της απόστασης από το κέντρο της Γης. Οι παρατηρήσεις όμως που άρχισαν από το 1958 με πυραύλους, τεχνητούς δορυφόρους και άλλα διαστημικά οχήματα σε μεγάλες αποστάσεις από τη Γη, καθώς και πολλές θεωρητικές έρευνες, έδειξαν ότι οι διαστάσεις και οι μορφές του μαγνητικού πεδίου ήταν διαφορετικές από τις έως τότε παραδεκτές. Διαπιστώθηκε ότι το γήινο μαγνητικό πεδίο δημιουργείται όχι μόνο από την επενέργεια σταθερών αιτίων που βρίσκονται μέσα στη Γη, αλλά και από εξωτερικές επιδράσεις που εντοπίζονται στη γήινη μαγνητόσφαιρα και ιονόσφαιρα. Αντίστοιχα, γίνεται η διάκριση σε κύριο (σταθερό) γεωμαγνητικό πεδίο (99%) και σε μεταβλητό γεωμαγνητικό πεδίο (1%). Σε μια πρώτη προσέγγιση το γεωμαγνητικό πεδίο μπορεί να παρασταθεί από ένα πεδίο διπόλου (το μαγνητικό δίπολο είναι μετατοπισμένο γύρω στα 436 χλμ. από το κέντρο της Γης) ή από το πεδίο μιας ομογενούς μαγνητικής σφαίρας, που η μαγνητική της ροπή σχηματίζει γωνία 11,5° με τον άξονα περιστροφής της Γης. Για την προέλευση του κύριου πεδίου έχουν αναπτυχθεί στην εποχή μας διαφορετικές υποθέσεις, όπως για παράδειγμα η υπόθεση ότι κάθε περιστρεφόμενο σώμα έχει μαγνητική ροπή, η υπόθεση για την ύπαρξη σιδηρομαγνητικών υλικών στον φλοιό ή τον πυρήνα της Γης, η υπόθεση για την κίνηση ηλεκτρικών φορτίων που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα συμμετέχοντας στην ημερήσια περιστροφική κίνηση της Γης, η υπόθεση για την ύπαρξη ρευμάτων στο κέντρο της Γης που παράγονται από τη θερμοηλεκτρεγερτική δύναμη που αναπτύσσεται κατά την επαφή του μανδύα και του πυρήνα κ.ά. Η μόνη όμως υπόθεση που μπορεί να εξηγήσει ικανοποιητικά τα σύγχρονα δεδομένα πάνω στις παρατηρούμενες μεταβολές του πεδίου ανά αιώνα και τις αλλαγές πολικότητάς του είναι αυτή που βασίζεται στη λειτουργία ενός υδρομαγνητικού δυναμό στον υγρό μεταλλικό πυρήνα της Γης. Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, στον ηλεκτραγωγό πυρήνα της Γης μπορούν να εμφανιστούν έντονες κινήσεις που έχουν ως αποτέλεσμα την αυτοδιέγερση του μαγνητικού πεδίου, όπως δημιουργείται ένα ηλεκτρικό ρεύμα και ένα μαγνητικό πεδίο σε ένα αυτοδιεγειρόμενο δυναμό. Το μεταβλητό πεδίο οφείλει την ύπαρξή του στην αλληλεπίδραση των ιονισμένων σωματίων (πλάσμα) του ηλιακού ανέμου με το γεωμαγνητικό πεδίο. Ο ηλιακός άνεμος περιορίζει το γεωμαγνητικό πεδίο σε έναν στενό χώρο του Διαστήματος κοντά στη Γη (γεωμαγνητική κοιλότητα ή μαγνητόσφαιρα). Το γήινο μαγνητικό πεδίο από την πλευρά της Γης προς τον Ήλιο συμπιέζεται και οι δυναμικές του γραμμές των πολικών περιοχών μετακινούνται προς τη σκοτεινή πλευρά, με αποτέλεσμα να αποκτά απιοειδή όψη με μία πολύ επιμήκη μαγνητική ουρά. Το εξωτερικό όριο της μαγνητόσφαιρας ονομάζεται μαγνητόπαυση και βρίσκεται σε απόσταση περίπου 10 γήινων ακτίνων προς τη μεριά της Γης που φωτίζεται από τον Ήλιο, ενώ τα όριά της στην αντίθετη πλευρά δεν έχουν ακόμα καθοριστεί. Η ροή του πλάσματος του ηλιακού ανέμου και η είσοδος σωματίων στη μαγνητόσφαιρα μεταβάλλουν την ένταση των συστημάτων ηλεκτρικών ρευμάτων στη μαγνητόσφαιρα και στην ιονόσφαιρα, με αποτέλεσμα τα συστήματα αυτά να προκαλούν με τη σειρά τους διακυμάνσεις του γεωμαγνητικού πεδίου στον χώρο κοντά στην επιφάνεια της Γης. Οι πιο σημαντικές διαταράξεις καλύπτουν ολόκληρη τη Γη, μπορούν να διαρκέσουν από μία έως μερικές μέρες και ονομάζονται μαγνητικές καταιγίδες. Η ισχυρή διατάραξη της μαγνητόσφαιρας οφείλεται σε μεταβολές των παραμέτρων του ηλιακού ανέμου (ιδιαίτερα της ταχύτητας των σωματίων) και της κάθετης συνιστώσας του διαπλανητικού μαγνητικού πεδίου σε σχέση με το επίπεδο της εκλειπτικής. Οι ισχυρές διαταράξεις της μαγνητόσφαιρας συνοδεύονται από την εμφάνιση βόρειου σέλαος, ιονοσφαιρικών διαταράξεων και χαμηλής συχνότητας ακτινοβολιών στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Κατά τις περιόδους αυτές μπορεί να παρατηρηθεί επίσης βραχύχρονη μετακίνηση των μαγνητικών πόλων που μπορεί να φτάσει τα 150 χλμ.