میدان مغناطیسی زمین (ژئومغناطیس) معمولاً به‌عنوان میدان مغناطیسی تولیدشده در داخل یا بیرون زمین صلب تا مگنتوپاز، مرز محصورکننده میدان مغناطیسی زمین، تعریف می شود. آن‌سوی این مرز ناحیه میدان مغناطیسی بین سیارهای (IMF) توسط خورشید تولیدشده و به‌وسیله یک پلاسما معروف به باد خورشیدی انتقال مییابد. ترم میدان مغناطیسی زمین، تنها میدان مغناطیسی تولیدشده توسط پدیدههای طبیعی از محدوده فرکانسی صفرتا چند هرتز را در برمی‌گیرد. این محدودیت قراردادی باعث به شمار نیامدن پدیدههایی مانند امواج الکترومغناطیسی (و بسیاری از پدیده های با فرکانس بالا که میتوانند با دستگاههای مناسب مشاهده شوند) می شود و عمدتاً توسط پهنای باند مغناطیس سنج هایی که به‌طور سنتی برای بررسی مؤلفه‌های دائمی و با تغییرات کم میدان مغناطیسی زمین استفاده میشدند، تحمیل میشود.
با این تعریف در ذهن، منابع میدان مغناطیسی زمین به دودسته اصلی تقسیم میشود: رساناهای مغناطیسی و جریانهای الکتریکی به‌طور آشکار، منابع مغناطیسی را میتوان تنها در درون زمین صلب یافت. که در شکل سنگها که درگذشته مغناطیسی شدهاند، اتفاق میافتد (مغناطیدگی دائمی)، اما این هم یک مغناطیدگی اضافی متناسب با میدان مغناطیسی محیط حاضر تحمل میکند (مغناطیدگی القایی). همچنین واضح است، چنین سنگهایی تنها در ناحیه صلب زمین یافت میشوند که درجه حرارت کمتر از دمای کوری مواد معدنی است که نهایتاً مغناطیده میشوند. این سنگهای مغناطیسی شده را به‌قرار گرفتن در بالاترین لایه زمین محدود میکند. کل منابع دیگر میدان مغناطیسی زمین جریانهای الکتریکی هستند. آنها در بیشتر ناحیه های زمین یافت میشود: درون هستهی فلزی، در جبه و پوسته، در اقیانوسها، و نهایتاً در بالای جو طبیعی در یونسفر و مگنتوسفر.
بدین ترتیب منابع میدان مغناطیسی زمین در طبیعت و موقعیت متفاوت هستند. میدانی که آنها تولید میکنند نیز به‌طور گسترده در شدت و رفتارهای مکانی و زمانی متفاوت است. میدان (nT 30000 در استوا و nT 60000 در قطبها) در داخل هسته توسط یک فرآیند دینامیکی خود محرک تولیدشده است. این میدان به میدان اصلی معروف است که در مقیاس زمانی دائمی تغییر میکند و مشتقات زمانیاش را تغییرات دائمی اطلاق میکنند.
این میدان اساساً دوقطبی است، اما ترمهای چندقطبی قابل‌توجهی دارد. کاهش شدت میدان نیز در درجات بالا (و بنابراین کوچک شدن مقیاس مکانی) مطرح است. میدان پوستهای تولیدشده توسط سنگهای مغناطیسی شده (که اساساً، نه منحصراً، در پوسته قرار دارند) معمولاً ضعیفتر است. درواقع اما به عنوان تابعی از موقعیت، از کسری از نانو تسلا تا هزاران نانو تسلا در سطح زمین می تواند تغییر کند. این تغییرپذیری مکانی قوی در میدان پوسته ای تاریخچه ی پیچیده منابع مغناطیسی شده اش و توانایی مختلف سنگ ها به مغناطیدگی را، نتیجه می دهد. مجموع میدان اصلی و میدان پوسته ای میدان داخلی نامیده میشود. چراکه هردو منابع شان را در داخل زمین صلب دارند. میدان داخلی توسط میدان اصلی در مقیاس های بزرگ و توسط میدان پوسته ای زمانی که مقیاس ها در مرتبه ای معمولاً کمتر از ۲۰۰۰ کیلومتر در سطح زمین در نظر گرفته میشوند.
همان‌طور که بیان شد، میدان مغناطیسی زمین همچنین منابعی بر روی جو طبیعی زمین دارد. (بعضی جریان های الکتریکی در جو طبیعی یافت میشوند اما خیلی ضعیف‌اند، بهجز در مواقع طوفان های تندری، اثر مغناطیسی که در مغناطیس زمین در نظر گرفته نمی شود) میدان تولیدشده توسط چنان منابع خارجی به میدان خارجی معروف است. این میدان تولیدشده توسط سیستم های جریان الکتریکی در یونسفر و مگنتوسفر، مبدأ فیزیکی که می تواند برحسب جریان های رانده‌شده توسط فرآیند دینامیکی در پلاسمای یونسفر توصیف شود، که درون میدان اصلی حرکت می کنند و جریان های تولیدشده توسط حرکت ذرات باردار در درون مگنتوسفر در حال گذرند. دو سیستم جریان در طبیعت فیزیکی، بسیار متفاوت هستند اما زوج یکدیگر هستند. میدان تولیدشده توسط جریانهای یونسفری به میدان یونسفری معروف است و میدانهای تولیدشده توسط جریان های مگنتوسفری، میدان مگنتوسفری نام دارد. شدت شان می تواند بازمان قویاً تغییر کند. یک میدان مگنتوسفری بزرگ‌مقیاس ضعیف در مرتبه ۲۰ nT در سطح زمین در هرزمانی یافت میشود. در دورههای آرام مغناطیسی، یک میدان یونسفری ضعیف میتوان یافت، که بازمان محلی تغییر میکند. شدتش در شب کمترین است، و حداکثرش در طول روز، و در مرتبه چند ده نانو تسلا در سطح زمین. اما در زمانهای دیگر، معروف به زمانهای مغناطیسی اغتشاشی، هردو میدان مگنتوسفری و یونسفری میتواند بیشتر فعال شوند. با نتیجه گیری از میدان خارجی میتوان گه گاه به شدتی در مرتبه هزار نانو تسلا رسید، و در مقیاس زمانی از کسری از ثانیه تا چند روز تغییر می کند.
جریانهای الکتریکی را نیز می توان در پوسته و جبه زمین یافت. آنها به وجود میآیند چراکه قابلیت رسانایی ضعیف سنگها، به تغییرات زمانی میدان های اصلی و خارجی توصیف‌شده در بالا واکنش نشان می دهند. درنتیجه جریانهای القایی از میدانهای القایی، تولید میشوند. جریانهای القایی توسط میدان اصلی به‌سختی قابل ارزیابی مستقیم هستند، و گمان میشود که مربوط به سیگنالهای با فرکانس بالا تولیدشده توسط هسته، هستند. در مقایسه، جریانهای القایی که توسط میدان خارجی تولیدشده‌اند میدان القایی خارجی نام دارد که به آسانی میتوان مشاهده شود (و شدتش به کسری از میدان القایی خارجی میرسد). مشابه با جریانهای القایی البته همچنین (به دلیل رسانایی) در آبهای شور اقیانوسها یافت میشوند. هرچند، جریانهای اضافی که توسط فرآیندهای دینامیکی دیگر مرتبط با جریان های اقیانوسی و جزر و مدی آب های اقیانوس ها در درون میدان اصلی نیز می توان یافت. به هرحال آنها میدان های بسیار ضعیف، در مرتبه چند نانو تسلا در سطح زمین تولید می کنند.
پس میدان مغناطیسی زمین ناشی از انطباق تعدادی میدانهای تولیدشده توسط منابع مختلف است. متأسفانه مغناطیس سنج ها تنها نتایج میدان را می توانند اندازه گیری کنند و با یک اندازه گیری منفرد نمی تواند سهم هر منبع را تمییز داد. بنابراین اندازه گیری های کافی به‌دست‌آمده و پردازش شده در روش های مناسب، تفکیکی از سهم هر یک از انواع میدان می توان دست یافت و مدل های جهانی میدان مغناطیسی زمین ساخته می شود.
منبع: M. Kono and G. Schubert, Geomagnetism: Elsevier, 2009.
برای خواندن مقالات بیشتر در مورد میدان مغناطیسی زمین و مدل آن اینجا کلیک کنید.
