میدان ژئومغناطیس زمین، یک میدان مغناطیسی است که از درون زمین به فضای اطراف آن گسترش می‌یابد. این میدان در فضا با بادهای خورشیدی در فعل و انفعال است. میدان مغناطیسی زمین توسط جریان‌های الکتریکی ناشی از جریان‌های همرفتی آهن و نیکل مذاب در هسته‌ی خارجی زمین ایجاد می‌شود.
میدان مغناطیسی زمین از دیرباز مورد بررسی قرار گرفته است. به طوری که در دریا برای مقاصد ناوبری، در خشکی به منظور کاوش‌های ژئوفیزیکی و در پایگاه‌های مغناطیس‌سنجی برای تعیین تغییرات میدان، اندازه‌گیری‌هایی انجام شده است.
میدان ژئومغناطیس زمین توسط خطوط نیرو در شکل زیر نشان داده شده است. این خطوط نیرو، خطوطی فرضی‌اند که امتدادشان در هر نقطه راستای میدان مغناطیسی زمین را نشان می‌دهد. فاصلۀ این خطوط با شدّت میدان تغییر می‌کند. هرچه خطوط به هم نزدیکتر باشند، در آن نقطه میدان قوی‌تری خواهیم داشت. در مناطقی که این خطوط همگرا یا واگرا می‌شوند، قطب‌های ژئومغناطیسی قرار دارند. در واقع این‌ها نقاطی هستند که محورهای مغناطیسی از سطح زمین عبور می‌کنند.
اطلاعات جمع‌آوری شده درباره‌ی میدان مغناطیسی زمین در مقایسه با سایر داده‌های ژئوفیزیکی که درباره‌ی زمین صورت گرفته، نسبتاً زیاد است. نتایج این بررسی‌ها به خوبی ثابت کرده است که میدان مغناطیسی زمین تا جایی که به کاوش‌های ژئوفیزیکی ارتباط دارد از سه قسمت تشکیل شده است که در ادامه مورد بررسی قرار می‌گیرند.
فهرست محتوا
میدان‌های مغناطیسی زمین
میدان مغناطیسی به آرامی تغییر می‌کند و منشأ آن داخلی است. زمین همانند یک آهنربای بزرگ عمل می‌کند. این تعریف را در قرن هفدهم میلادی ویلیام گیلبرت ارائه کرد. اما اگر میدان مغناطیسی زمین کاملاً مشابه یک آهنربای بزرگ کروی باشد، نباید با گذر زمان تغییر کند. تغییر زمانی میدان، بررسی‌های بیشتری را برای کشف علل و منشأ پیدایش آن می‌طلبد. پژوهشگران علت وجود میدان مغناطیسی زمین را به عوامل درونی، بیرونی و سطحی تقسیم بندی‌کرده‌اند. بررسی میدان مغناطیسی نشان داده که حدود ۹۹ درصد میدان به سرچشمه‌های درونی مرتبط است. مابقی نیز مربوط به سرچشمه‌های بیرونی و خارج از زمین است.
میدان اصلی زمین
نظر پذیرفته شده بر این است که میدان اصلی ژئومغناطیس در اثر جریان‌های الکتریکی چرخنده در هستۀ خارجی زمین ایجاد می‌شود که حالت سیّال دارد. معمولاً فرض می‌شود که هستۀ زمین از ترکیب آهن و نیکل تشکیل شده است. ترکیب هسته هرچه باشد، چشمۀ میدان مغناطیسی زمین نوعی دیناموی خودبرانگیخته است. همچنین در این دینامو یک سیال بسیار رسانا با روند مکانیکی پیچیده‌ای حرکت می‌کند. درحالی که جریان‌های الکتریکی ناشی از تغییرات شیمیایی یا گرمایی، از میان آن می‌گذرند.
این ترکیب و جریان، یک میدان مغناطیسی را به وجود می‌آورد. نتایج آزمون‌های آزمایشگاهی نشان داده است که توصیف میدان مغناطیسی زمین براساس نطریۀ دینامو توضیح معتبری است. امکان دارد این نظریه برخی از تغییرات بلندمدت شناخته شده در میدان زمین را نیز شرح دهد.
در شکل بالا نحوۀ تولید میدان مغناطیسی براساس نظریه دینامو مشاهده می‌شود. میدان مغناطیسی احتمالاً در اثر جریان‌های شدید درون هسته ایجاد می‌شود. منشأ تولید این جریان‌ها کاملاً روشن نیست.
میدان خارجی زمین
میدان مغناطیسی خارجی، جزء کوچکی از میدان اصلی و دارای تغییرات سریع و در مواردی تصادفی است. منشأ این میدان خارجی است. وجود میدان مغناطیسی خارج از کره‌ی زمین، از طریق بررسی ریاضی میدان ثابت شده است. این میدان خارجی فقط حدود ۱% میدان مغناطیسی زمین را تشکیل می‌دهد.
در مورد ایجاد این مؤلفۀ خارجی میدان زمین نظریه‌های مختلفی ارائه شده است. بیشتر این نظریه‌ها بر مبنای پدیده‌ی القای حاصله از چرخش الکتریکی در لایه‌های یونوسفر زمین است. برخی دیگر از پژوهشگران معتقدند که این مؤلفۀ میدان اصولاً وجود ندارد. بنابراین مؤلفه‌ی خارجی میدان زمین که دیگران اندازه گرفته‌اند را غلط تصور می‌کنند.
ناهنجارهای مغناطیسی
ناهنجاری‌های محلی مغناطیسی که اغلب خیلی کوچکتر از میدان اصلی و با زمان و مکان نسبتاً ثابت است. منشأ این میدان‌های محلی مغناطیسی در نزدیکی سطح زمین است.
گذشته از اثرات طوفان‌های مغناطیسی، هیچ یک از تغییرات میدان ژئومغناطیس در مقایسه با ناهنجاری‌های مغناطیسی محلی، اهمیت قابل ملاحظه‌ای در کاوش مغناطیسی ندارند. تغییرات میدان مغناطیسی زمین که بیشتر محلی‌اند و با مغناطیس حاصل از یک میدان مغناطیسی نظری واقع در امتداد محور مغناطیس زمین متفاوت‌اند، به ناهنجاری‌ای منطقه‌ای یا آنورمالی‌های محلی معروف هستند.
این ناهنجاری‌ها که در نتیجه‌ی تغییراتی که در محتوای کانی‌های مغناطیسی سنگ‌های نزدیک به سطح زمین به وجود می‌آیند، گاهی به اندازۀ کافی بزرگ می‌شوند و میدان اصلی را در محلی به دو برابر می‌رسانند. این آنورمالی‌ها معمولاً در مقیاس‌های بزرگ روی نقشه‌های ژئومغناطیسی قابل مشاهده نیستند. ناهنجاری‌های محلی کوچکتر از میدان اصلی و نسبت به زمان و مکان ثابت هستند. منشأ این تغییرات بیشتر با عوارض سطحی ارتباط دارد.
منابع:
- کتاب ژئوفیزیک تألیف شهاب توکلی
- space.com
- isa.int
