Pole Magnetyczne Ziemii

Już przeszło dwa tysiące lat temu Chińczycy zauważyli dziwną właściwość wydłużonych kawałków rudy żelaza. Otóż zawieszone poziomo na cienkiej nitce bądź ułożone na drewienkach swobodnie pływających na wodzie zawsze ustawiały się w jednym kierunku. Porównując wyniki swoich spostrzeżeń z obserwacjami astronomicznymi szybko zorientowali się, że jeden koniec metalu zwracał się na północ, drugi ? na południe. Nie wiedzieli wówczas, że metal, którego właściwości tak ich zaskoczyły, to odmiana rudy żelaza ? magnetyt, a jego zachowanie wynika z istnienia w głębi Ziemi źródła pola magnetycznego otaczającego całą planetę. Dopiero po upływie dwóch tysięcy lat zjawisko magnetyzmu ziemskiego zostało wyjaśnione i opisane, choć nadal kryje wiele zagadek. Obserwując jednakowe ustawiania się igły magnetycznej (rysunek 1)William Gilbert w 1600 roku jako pierwszy wyraził pogląd, że Ziemia wytwarza pole magnetyczne.
Ziemskie pole magnetyczne występuje naturalnie wokół Ziemi (rysunek 2) i rozciąga się na kilkadziesiąt tysięcy kilometrów od Ziemi, a obszar w którym ono występuje nazywa się ziemską magnetosferą. Pole magnetyczne Ziemi pochodzi głównie z jej wnętrza. Procesy zachodzące w płynnym jądrze i w skorupie ziemskiej wywołują ciągłe zmiany pola magnetycznego Ziemi, prowadzące nawet do zmiany biegunów: północnego z południowym. Jak wykazały badania, zamiana biegunów zachodzi co około milion lat. W czasie odwracania się biegunów pole magnetyczne nie znika, lecz słabnie do około 20% pola maksymalnego. Najsilniejsze w obecnie trwającym cyklu pole wystąpiło około 300 roku n.e.
Obecnie północny biegun magnetyczny Ziemi leży na półkuli południowej, na Ziemi Wiktorii, na Antarktydzie, biegun południowy natomiast w pobliżu Wysp Królowej Elżbiety na półkuli północnej. Według niektórych ocen bieguny magnetyczne zataczają pełen okrąg w czasie około 8000 lat.
Ziemskie pole magnetyczne wpływa na jonosferę (warstwę atmosfery odległej o ponad 100 km od powierzchni Ziemi, która w skutek promieniowania słonecznego jest silnie jonizowana). Powstające w niej elektryczne prądy wirusowe indukują pole magnetyczne w pobliżu Ziemi. Prądy te są uzależnione od położenia Słońca względem Ziemi, a także od liczby plam na Słońcu w okresie wzmożonej aktywności.
W skład promieniowania słonecznego wchodzi promieniowanie nadfioletowe, prawie całkowicie pochłaniane w jonosferze i tzw. wiatr słoneczny, czyli strumienie różnych naładowanych cząsteczek, które w większości zostają w polu magnetycznym Ziemi odchylone od pierwotnego kierunku i nie docierają do Ziemi (rysunek 3). Dzięki temu organizmy żywe zostają ochronione przed zgubnymi skutkami promieniowania.
Strumienie cząstek naładowanych elektrycznie odchylane przez pole magnetyczne Ziemi ku biegunom wywołują zjawisko zorzy polarnej (rysunek 4 i 5)
Pole magnetyczne wpływa na klimat, a także na organizmy zwierząt, roślin i drobnoustrojów. Istnieje bardzo prawdopodobna hipoteza, że orientacja ptaków podczas wędrówek jest związana z ich reakcją na pole magnetyczne. Stwierdzono także wpływ pola magnetycznego na organizmy astronautów [słabszego w kosmosie niż na Ziemi]. Pasjonujące badania nad magnetyzmem ziemskim mają także znaczenie gospodarcze. Dają informacje nie tylko na temat budowy geograficznej naszej planety, ale także o płytko leżących warstwach zawierających np. rudy żelaza, których silne właściwości, których silne właściwości magnetyczne zmieniają obraz pola magnetycznego, tworząc jego anomalie.