Земля имеет сильное магнитное поле. Намагниченный стержень, подвешенный на нити, успокаивается в положении, при котором один его конец указывает на северный, другой – на южный магнитные полюсы Земли.

Происхождение магнитного поля Земли

При вращении Земли вокруг собственной оси жидкий слой внешнего ядра позволяет мантии и твердой коре вращаться быстрее внутреннего ядра. В результате электроны в ядре движутся относительно электронов в мантии и коре. Это движение электронов образует природное динамо, которое создает магнитное поле, аналогичное полю катушки индуктивности.
Магнитная ось Земли под углом около 11° наклонена к ее географической оси, так что магнитные полюсы не совпадают с географическими. Она непрерывно меняет свой угол наклона, но настолько медленно, что на протяжении нескольких десятков тысяч лет почти сохраняет свое относительное положение.
Стрелка компаса отклоняется несколько в сторону от географических Северного и Южного полюсов. Угол между географическим и магнитным меридианами, называемый магнитным склонением, меняется от одного района к другому. Небольшие отклонения магнитного поля Земли, вероятно, обусловлены локальными вихревыми движениями во внешнем ядре, на стыке ядра и мантии. Аналогичный эффект могут вызывать крупные тела намагниченных пород и руд в земной коре.
Геомагнитное поле подвержено воздействию солнечного ветра – потока электрически заряженных частиц, испускаемых Солнцем. Попадая в наружную атмосферу Земли, эти частицы вызывают небольшие изменения магнитного поля вблизи земной поверхности, которые носят систематический (как ночные и дневные) или нерегулярный (как магнитные бури) характер.

Земное магнитное поле в прошлом

Свойство горных пород намагничиваться в период своего формирования под действием магнитного поля Земли и сохранять приобретенную намагниченность в последующие эпохи называется палеомагнетизмом. При нагревании породы, как и постоянный магнит, теряют свою намагниченность. Остывшие породы вновь намагничиваются земным полем. Эта естественная остаточная намагниченность ориентирована параллельно силовым линиям геомагнитного поля, существовавшего во время образования пород. Поэтому в породах навсегда запечатлено направление того поля, которое действовало в момент их застывания, что может быть использовано для изучения геологической истории магнитного поля Земли.
Техника палеомагнитных исследований заключается в измерении естественной остаточной намагниченности высверленных из массива пород цилиндрических столбиков. Полученные палеомагнитные координаты образцов позволяют определить первоначальное местоположение пород. Палеомагнитные координаты, выраженные в магнитных широтах, подобны географическим широтам (но только по отношению к магнитному полюсу) и относятся к положению магнитного полюса в период намагничивания породы. Данные, полученные в результате такого рода измерений, свидетельствуют о том, что на протяжении геологического времени магнитные полюсы «блуждали», меняя свое положение. Блуждание полюсов на разных материках фиксируется по-разному. Но для определенного периода геологической истории полярные направления, установленные на разных материках, могут быть совмещены в одну линию, если представить себе эти материки в иных, чем сегодня, положениях. Именно таким путем удалось установить и нанести на карту путь дрейфа материков. Результаты, полученные с помощью этого метода, довольно хорошо согласуются с другими свидетельствами континентального дрейфа – спредингом морского дна и данными, полученными при изучении горных пород и окаменелостей, характеризующими палеоклиматические условия.
Полярность остаточной намагниченности («ископаемого» магнитного поля) некоторых горных пород, сформированных в короткие промежутки времени, оказывается обратной. Этот факт объясняется не поворотом материка на 180° (на это понадобилось бы слишком много времени), а изменением полярности геомагнитного поля. Такая перемена направления земного магнитного поля называется обращением или инверсией. Инверсии отмечают границы периодов геологической истории, в течение которых геомагнитное поле сохраняло постоянную полярность. Периоды эти имели различную продолжительность. Возрастное датирование инверсий (путем изучения распада радиоактивных изотопов в горных породах) позволило создать палеомагнитную шкалу геологического времени. Эта шкала может быть использована для определения возраста пород посредством анализа их остаточной намагниченности. Сопоставление палеомагнитной шкалы времени с «магнитными аномалиями» морского дна подтвердило гипотезу спрединга.

Магнито- и электроразведка

Многие рудные тела и породы, богатые магнитными минералами, создают сильное локальное магнитное поле. Это их свойство используется при геофизических поисках и разведке месторождений полезных ископаемых. С помощью чувствительных приборов – магнитометров выявляют промышленно-ценные скопления минералов. Существует также метод, использующий естественные электрические токи, которые возникают между земной поверхностью и рудным телом благодаря просачивающимся грунтовым водам. Взаимодействие таких токов с геомагнитным полем поддается измерению и служит основой для обнаружения месторождений.