Xem mã nguồn của Từ trường Trái Đất

[[Tập tin:Geodynamo Between Reversals.gif|thumb|250px|Mô phỏng máy tính của từ trường Trái Đất trong thời gian phân cực bình thường giữa các lần [[đảo cực địa từ]] <ref name="selfconsistent">{{chú thích tạp chí |last1=Glatzmaier |first1=Gary A. |last2=Roberts |first2=Paul H. |title=A three-dimensional self-consistent computer simulation of a geomagnetic field reversal |journal=Nature |year=1995 |volume=377 |issue=6546 |pages=203–209 |doi=10.1038/377203a0 |bibcode=1995Natur.377..203G |ref=harv}}</ref>. Các biểu diễn [[Đường sức từ|đường sức]] màu xanh lam ứng với trường hướng về trung tâm và màu vàng với ra xa. Trục quay của Trái đất được căn giữa và thẳng đứng. Các cụm dày đặc [[Đường sức từ|đường sức]] nằm trong lõi của Trái đất <ref name="Glatzmaier">{{chú thích web |url=http://es.ucsc.edu/~glatz/geodynamo.html |title=The Geodynamo |last=Glatzmaier |first=Gary |publisher=University of California Santa Cruz |accessdate=20 October 2013}}</ref>]]
[[Tập tin:Geomagnetisme.svg|thumb|250px|Trường từ của Trái Đất, đường thẳng nối hai cực từ tạo thành một góc 11,3° so với trục quay của Trái Đất.]]
[[Tập tin:Magnetosphere rendition.jpg|thumb|300px|[[Từ quyển]] dạng khiên trên bề mặt của Trái Đất từ các hạt bị tích điện của [[gió Mặt Trời|gió mặt trời]]. Nó bị nén vào ban ngày (mặt hứng ánh sáng Mặt Trời) do lực của các hạt bay đến và giãn nở vào ban đêm. (hình không theo tỷ lệ.)]]
'''Từ trường Trái Đất''' là [[trường từ]] của [[Trái Đất]], xuất hiện do tính chất từ của vật chất Trái Đất hợp thành tạo ra. Từ trường Trái Đất tồn tại từ trong lòng Trái Đất đến không gian rộng lớn bao quanh Trái Đất. Nguyên nhân gây ra từ trường có thể được giải thích theo ''[[Thuyết dynamo|thuyết geodynamo]]''.

Từ trường Trái Đất được coi như một ''[[lưỡng cực từ]] trường'', với một cực gần [[Bắc Cực|cực bắc địa lý]] và cực kia gần [[Nam Cực|cực nam địa lý]]. Một đường thăng tưởng tượng nối hai cực tạo thành một góc khoảng 11,3° so với trục quay của Trái Đất.

Trên mặt đất cường độ từ trường vào khoảng từ 25 đến 65&nbsp;[[Tesla|micro tesla]] (0,25 đến 0,65&nbsp;[[Gauss (đơn vị)|gauss]]).<ref name="GeomagneticReferenceField">{{chú thích tạp chí |last1=Finlay|first1=C. C.|last2=Maus|first2=S.|last3=Beggan|first3=C. D.|last4=Bondar|first4=T. N.|last5=Chambodut|first5=A.|last6=Chernova|first6=T. A.|last7=Chulliat|first7=A.|last8=Golovkov|first8=V. P.|last9=Hamilton|first9=B.|last10=Hamoudi|first10=M.|last11=Holme|first11=R.|last12=Hulot|first12=G.|last13=Kuang|first13=W.|last14=Langlais|first14=B.|last15=Lesur|first15=V.|last16=Lowes|first16=F. J.|last17=Lühr|first17=H.|last18=Macmillan|first18=S.|last19=Mandea|first19=M.|last20=McLean|first20=S.|last21=Manoj|first21=C.|last22=Menvielle|first22=M.|last23=Michaelis|first23=I.|last24=Olsen|first24=N.|last25=Rauberg|first25=J.|last26=Rother|first26=M.|last27=Sabaka|first27=T. J.|last28=Tangborn|first28=A.|last29=Tøffner-Clausen|first29=L.|last30=Thébault|first30=E.|last31=Thomson|first31=A. W. P.|last32=Wardinski|first32=I.|last33=Wei|first33=Z.|last34=Zvereva|first34=T. I.|title=International Geomagnetic Reference Field: the eleventh generation|journal=Geophysical Journal International|date=December 2010|volume=183|issue=3|pages=1216–1230|doi=10.1111/j.1365-246X.2010.04804.x|ref=harv}}</ref>

Các từ trường có thể mở rộng vô hạn, tuy nhiên nếu xét các điểm càng ra xa nguồn thì chúng càng yếu dần. Từ trường [[Trái Đất]] có tác dụng đến hàng chục ngàn km trong [[vũ trụ]] và được gọi là ''[[Từ quyển]]''. Từ quyển của [[Trái Đất]] cùng với [[khí quyển]] chặn các dòng hạt tích điện, bảo vệ sự sống trên [[Trái Đất]].

Nghiên cứu từ trường [[Trái Đất]] là một lĩnh vực của ''[[địa vật lý]]''. Kết quả của nghiên cứu cũng áp dụng để miêu tả từ trường tại các [[hành tinh]], các [[thiên thể]] khác.

== Tầm quan trọng ==
Từ trường của Trái Đất có tác dụng ngăn cản hầu hết [[gió Mặt Trời]], vì nó chứa các hạt tích điện khi thổi đến làm tước đi tầng ozone mà giúp bảo vệ Trái Đất khỏi bức xạ cực tím có hại từ Mặt Trời.<ref>{{chú thích tạp chí |title=Solar wind hammers the ozone layer |first=Quirin |last=Shlermeler |date=3 March 2005 |doi=10.1038/news050228-12 |journal=News@nature |url=http://www.nature.com/news/2005/050228/full/news050228-12.html}}</ref> Một cơ chế tước là không khí bị bẫy trong các bong bóng từ, và bị thổi tách ra bởi gió Mặt Trời.<ref>{{chú thích web |title=Solar wind ripping chunks off Mars |url=http://archive.cosmosmagazine.com/news/solar-wind-ripping-chunks-mars/ |work=Cosmos Online |date=25 November 2008 |accessdate=21 October 2013}}</ref> Các tính toán về sự mất mát của cacbon dioxide từ [[khí quyển Sao Hỏa|bầu khí quyển của sao Hỏa]], kết quả từ tác động va chạm với các ion trong gió Mặt Trời, chỉ ra rằng sự tiêu tán của từ trường sao Hỏa đã làm mất gần hết bầu khí quyển của hành tinh này.<ref>{{harvnb|Luhmann|Johnson|Zhang|1992}}</ref><ref>[http://scign.jpl.nasa.gov/learn/plate1.htm Structure of the Earth]. Scign.jpl.nasa.gov. Retrieved on 2012-01-27.</ref>

Lĩnh vực nghiên cứu quá khứ của từ trường Trái Đất được biết đến là [[cổ địa từ]].<ref name="McElhinny2000">{{chú thích sách |last1=McElhinny |first1=Michael W. |last2=McFadden |first2=Phillip L. |title=Paleomagnetism: Continents and Oceans |publisher=Academic Press |year=2000 |isbn=0-12-483355-1 |ref=harv}}</ref> Lịch sử phân cực của từ trường Trái Đất được ghi lại trong [[đá mácma]] núi lửa, và sự [[đảo cực địa từ|đảo ngược cực từ]] do đó có thể phát hiện được dựa trên các "vằn từ" tập trung vào các [[sống núi giữa đại dương]] nơi mà quá trình [[tách giãn đáy đại dương]] đang lan rộng, trong khi sự ổn định của cực địa từ giữa các lần đảo ngược cho phép các nhà phân tích cổ địa từ có thể biết được chuyển động của các lục địa trong quá khứ. Sự đảo ngược cũng là cơ sở cho nghiên cứu [[từ địa tầng]] (magnetostratigraphy), một cách để [[địa thời học|xác định tuổi]] của đá và trầm tích.<ref>{{chú thích sách |last1=Opdyke |first1=Neil D. |last2=Channell |first2=James E. T. |title=Magnetic Stratigraphy |publisher=Academic Press |year=1996 |isbn=978-0-12-527470-8 |ref=harv}}</ref> Trường từ cũng làm từ hóa [[lớp vỏ (địa chất)|lớp vỏ Trái Đất]], và những [[dị thường từ]] có ứng dụng để tìm kiếm các [[quặng]] kim loại.<ref>{{chú thích sách |last1=Mussett |first1=Alan E. |last2=Khan |first2=M. Aftab |title=Looking into the Earth: An introduction to Geological Geophysics |year=2000 |publisher=Cambridge University Press |isbn=0-521-78085-3 |ref=harv}}</ref>
 
Con người đã sử dụng la bàn để xác định phương hướng từ thế kỷ XI TCN và cho mục đích di chuyển từ thế kỷ XII.<ref>{{chú thích sách |last=Temple |first=Robert |title=The Genius of China |publisher=Andre Deutsch |year=2006 |isbn=0-671-62028-2 |ref=harv}}</ref> Mặc dù [[độ từ thiên]] thay đổi theo thời gian, nhưng sự di chuyển này rất chậm chạp làm cho một la bàn đơn giản vẫn hữu ích trong việc điều hướng. Khả năng cảm nhận từ (magnetoreception) ở các sinh vật khác nhau, từ một số loại [[vi khuẩn]] đến [[chim bồ câu]], giúp chúng sử dụng từ trường của Trái Đất để định hướng và điều hướng.

== Phát hiện từ trường ==
Từ thượng cổ, con người đã biết đến từ trường Trái Đất và phát minh ra [[la bàn]] để định phương hướng.

Vào năm 1600, nhà vật lý người Anh [[William Gilbert]] đã đưa ra giả thuyết [[Trái Đất]] là một [[nam châm]] khổng lồ. Ông đã làm một quả cầu lớn bằng sắt nhiễm từ, gọi nó là "Trái Đất tí hon" và đặt các từ cực của nó ở các [[cực địa lý|địa cực]]. Đưa [[la bàn]] lại gần Trái Đất tí hon ông thấy ngoài hai cực, còn ở mọi điểm trên quả cầu, kim la bàn đều chỉ hướng Nam Bắc. Hiện nay vẫn chưa có sự giải thích chi tiết và thỏa đáng về nguồn gốc từ tính của [[Trái Đất]].

Năm 1940, một số nhà vật lý đã đưa ra ''[[Thuyết dynamo|thuyết geodynamo]]'' để giải thích nguồn gốc từ trường Trái Đất. Theo thuyết này thì từ trường Trái Đất chủ yếu được hình thành từ các [[đối lưu manti|dòng đối lưu]] trong chất lỏng của Trái Đất ở độ sâu trên 3000&nbsp;km. Sự khác biệt về nhiệt độ trong chất lỏng của [[Trái Đất]] đã làm xuất hiện các dòng [[đối lưu]]. Nếu trong [[lõi|nhân]] của [[Trái Đất]] có một "từ trường nguyên thuỷ" thì các dòng đối lưu trên sẽ có vai trò như một [[cuộn dây]] trong [[máy phát điện]]. [[Dòng điện]] nhờ đó được hình thành và chính nó đã tạo ra từ trường cho [[Trái Đất]]. Tuy nhiên, thuyết vẫn còn một số điểm chưa rõ ràng. Trong quá trình hình thành từ trường Trái Đất, cần có "từ trường nguyên thuỷ", nhưng từ trường này được hình thành từ bao giờ và bằng cách nào? Đây là một trong những tồn tại chưa giải quyết được của các ngành [[Khoa học Trái Đất|khoa học về Trái Đất]].

Gần đây, các nhà khoa học cho rằng ngoài [[từ trường]] chính của [[Trái Đất]] hình thành từ [[lõi ngoài (Trái Đất)|lõi ngoài]] chiếm 98%, còn có phần từ trường với nguồn gốc bên ngoài [[Trái Đất]] chiếm 2%, phần từ trường này lại hay biến đổi, là phần quan trọng gây ra những tác động đối với cơ thể sống.

== Đặc điểm ==
Cũng như nam châm, [[Trái Đất]] có 2 [[cực địa từ]], không trùng với 2 cực địa lý. [[Cực Bắc từ]] có toạ độ 70° Vĩ Bắc Và 96° Kinh Tây, trên lãnh thổ Canada, cách cực Bắc địa lý 800&nbsp;km. [[Cực Nam từ]] có toạ độ 73° Vĩ Nam và 156° Kinh Đông ở vùng Nam cực, cách cực Nam địa lý 1000&nbsp;km. Trục từ trường tạo với trục [[Trái Đất]] một góc 11°. Các từ cực thường có vị trí không ổn định và có thể đảo ngược theo chu kỳ. Do đó bản đồ địa từ cũng phải thường xuyên điều chỉnh (5 năm một lần). Việc thu nhập các thông tin từ vệ tinh đã phát hiện các vành đai bức xạ bao quanh [[Trái Đất]] ở môi trường khí quyển trên cao từ 500–600&nbsp;km dến 60.000- 80.000&nbsp;km: đó là ''[[từ quyển]]'' ([[tầng nhiệt|tầng điện ly]] trở lên).

===Mô tả===
[[File:XYZ-DIS magnetic field coordinates.svg|500px|thumb|center|Các hệ tọa độ phổ biến dùng để diễn tả Trường từ Trái Đất.]]
Ở bất kỳ vị trí nào, từ trường của trái đất có thể được đại diện bởi một vector ba chiều. Một thủ tục điển hình để đo hướng của nó là sử dụng la bàn để xác định hướng Bắc từ. Góc của nó liên quan đến Bắc thật là độ lệch (D) hoặc biến thể. Đối diện Bắc từ trường, góc trường tạo ra theo chiều ngang là độ từ khuynh (I) hoặc từ nhúng. Cường độ (F) của trường tương ứng với lực tác động lên nam châm. Một đại diện phổ biến khác là tọa độ X (Bắc), Y (Đông) và Z (Xuống).<ref name="MMMch2" />

====Cường độ====
Cường độ của từ trường thường được đo bằng gauss (G), nhưng thông thường được báo cáo bằng nanotesla (nT), với 1 G = 100.000 nT. Một nanotesla còn được gọi là gamma (γ).<ref name="NGDC">{{chú thích web |url=http://www.ngdc.noaa.gov/geomag/faqgeom.shtml |title=Geomagnetism Frequently Asked Questions |publisher=National Geophysical Data Center |accessdate=21 October 2013}}</ref> Tesla là đơn vị SI của trường từ B. Từ trường Trái Đất nằm trong phạm vi từ 25.000 đến 65.000 nT (0,25-0,65 G). Để so sánh, một nam châm tủ lạnh mạnh có cường độ từ khoảng 10.000.000 nanotesla (100 G).<ref>{{chú thích web |url=http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/magnetminute/tesla-transcript.html |last1=Palm |first1=Eric |title=Tesla |publisher=National High Magnetic Field Laboratory |year=2011 |accessdate=20 October 2013}}</ref>

Bản đồ các đường đồng mức cường độ được gọi là "biểu đồ đẳng động lực học". Như [[Mô hình Từ trường Thế giới]] cho thấy, cường độ có xu hướng giảm từ cực đến xích đạo. Một cường độ tối thiểu xảy ra ở [[Dị thường Nam Đại Tây Dương]] phía trên Nam Mỹ trong khi có cực đại ở miền bắc Canada, Siberia và bờ biển Nam Cực phía nam Úc.<ref name="renamed_from_2010_on_20131022170733" />

====Độ từ khuynh====
{{Bài chính|Độ từ khuynh}}
Độ từ khuynh được cho bởi một góc có thể giả định các giá trị từ -90° (lên) đến 90° (xuống). Ở bán cầu bắc, trường trỏ xuống. Nó trỏ thẳng xuống tại cực Bắc từ và quay ngược trở lên khi vĩ độ giảm cho đến khi nó nằm ngang (0°) tại xích đạo từ. Nó tiếp tục quay lên cho đến khi nó trỏ thẳng lên ở cực Nam từ. Độ từ khuynh có thể được đo bằng cái [[vòng tròn đo góc từ khuynh]].

Một biểu đồ đẳng khuynh (bản đồ các đường đồng mức từ khuynh) cho từ trường của Trái đất được hiển thị bên dưới.

==== Độ từ thiên ====
{{Bài chính|Độ từ thiên}}
[[Độ từ thiên]] là dương đối với độ lệch về phía đông của trường so với hướng Bắc thật. Nó có thể được ước tính bằng cách so sánh hướng bắc từ / nam từ của la bàn với hướng của [[thiên cực]]. Bản đồ thường bao gồm thông tin về độ từ thiên dưới dạng một góc hoặc một sơ đồ nhỏ cho thấy mối quan hệ giữa hướng bắc từ và hướng bắc thật. Thông tin về độ từ thiên cho một vùng có thể được biểu diễn bằng biểu đồ có các đường đẳng từ thiên (các đường đồng mức với mỗi đường biểu diễn một [[độ từ thiên]] cố định).

===Biến động theo địa lý===
<center>
Thành phần của từ trường Trái đất tại bề mặt được mô tả từ [[Mô hình Từ trường Thế giới]] năm 2015.<ref name="renamed_from_2010_on_20131022170733">{{chú thích báo |last1=Chulliat |first1=A. |last2=Macmillan |first2=S. |last3=Alken |first3=P. |last4=Beggan |first4=C. |last5=Nair |first5=M. |last6=Hamilton |first6=B. |last7=Woods |first7=A. |last8=Ridley |first8=V. |last9=Maus |first9=S. |last10=Thomson |first10=A. |date=2015 |title=The US/UK World Magnetic Model for 2015-2020 |url=http://www.ngdc.noaa.gov/geomag/WMM/data/WMM2015/WMM2015_Report.pdf |publisher=National Geophysical Data Center |accessdate=21 February 2016}}</ref>
</center>
<gallery mode="packed" align="center" heights="155px"> 
File:World Magnetic Field 2015.pdf|Cường độ
File:World Magnetic Inclination 2015.pdf|Độ từ khuynh
File:World Magnetic Declination 2015.pdf|Độ từ thiên
</gallery>

===Sự gần đúng lưỡng cực===
[[File:Geomagnetisme.svg|thumb|Sự khác nhau giữa hướng bắc từ (N<sub>m</sub>) và hướng bắc "thật sự" (N<sub>g</sub>)]]
{{xem thêm|Mô hình lưỡng cực của từ trường Trái đất}}
Gần bề mặt Trái đất, từ trường của nó có thể được xấp xỉ gần đúng bằng trường của một lưỡng cực từ đặt ở trung tâm Trái đất và nghiêng một góc khoảng 11° so với trục tự quay của Trái Đất.<ref name="NGDC" /> Tương đương với thanh nam châm mạnh, với cực nam hướng về cực Bắc Địa từ. Điều này có vẻ đáng ngạc nhiên, nhưng cực bắc của nam châm được định nghĩa như vậy vì, nếu được phép quay tự do, nó trỏ gần đúng về phía bắc (theo ý nghĩa địa lý)..<ref>{{chú thích web |first=Anne |last=Casselman |title=The Earth Has More Than One North Pole |newspaper=Scientific American |date=28 February 2008 |url=http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=the-earth-has-more-than-one-north-pole |accessdate=21 May 2013}}</ref> Vì cực bắc của nam châm hút các cực nam của các nam châm khác và đẩy các cực bắc, nên nó phải bị hút về cực nam của nam châm của Trái đất. Trường lưỡng cực chiếm 80-90% từ trường ở hầu hết các địa điểm.<ref name="MMMch2" />

===Cực từ trường===
[[File:Magnetic North Pole Positions 2015.svg|thumb|Sự chuyển động của cực Bắc từ xuyên qua vùng Bắc cực thuộc Canada.]]

Các vị trí của cực từ có thể được định nghĩa theo ít nhất là hai cách: cục bộ hoặc toàn cầu.<ref>{{chú thích tạp chí |first1=Wallace A. |last1=Campbell |url=http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/96EO00237/abstract |title="Magnetic" pole locations on global charts are incorrect |journal=Eos, Transactions American Geophysical Union |volume=77 |issue=36 |page=345 |year=1996 |doi=10.1029/96EO00237 |bibcode=1996EOSTr..77..345C |ref=harv}}</ref>

Một cách để xác định một cực là như là một điểm mà từ trường là thẳng đứng.<ref>{{chú thích web |url=http://deeptow.whoi.edu/northpole.html |title=The Magnetic North Pole |publisher=Woods Hole Oceanographic Institution |accessdate=21 October 2013}}</ref> Điều này có thể được xác định bằng cách đo độ từ khuynh, như mô tả ở trên. Độ từ khuynh của trường Trái đất là 90° (trỏ thẳng xuống) tại cực Bắc và -90° (trỏ thẳng lên) ở cực Nam. Hai cực di chuyển độc lập và không đối trực tiếp với nhau trên địa cầu. Chúng có thể di chuyển nhanh: các chuyển động lên đến 40&nbsp;km (25 dặm) mỗi năm đã được quan sát thấy cho Cực Bắc từ. Trong 180 năm qua, cực Bắc từ đã di chuyển về phía tây bắc, từ mũi Adelaide ở bán đảo Boothia trong năm 1831 đến 600&nbsp;km (370 dặm) từ vịnh Resolute năm 2001.<ref name="inconstant" /> ''Đường xích đạo từ'' là đường mà độ từ khuynh bằng 0, từ trường nằm ngang).

Định nghĩa toàn cầu về từ trường Trái đất dựa trên mô hình toán học. Nếu một đường thẳng được vẽ qua tâm Trái đất, song song với mô men của lưỡng cực từ phù hợp tốt nhất, hai vị trí mà nó giao cắt với bề mặt Trái đất được gọi là cực địa từ Bắc và cực địa từ Nam. Nếu từ trường Trái Đất là lưỡng cực hoàn ảo, các cực địa từ và các cực từ sẽ trùng với nhau và la bàn sẽ hướng về phía chúng. Tuy nhiên, từ trường Trái đất có một phần đóng góp ''không-lưỡng cực'' đáng kể, vì vậy các cực không trùng khớp và la bàn thường không chỉ vào một trong hai.

==Từ quyển==
{{chính|Từ quyển}}
[[File:Magnetosphere Levels.svg|thumb|An artist's rendering of the structure of a magnetosphere. 1)&nbsp;Bow shock. 2)&nbsp;Magnetosheath. 3)&nbsp;Magnetopause. 4)&nbsp;Magnetosphere. 5)&nbsp;Northern tail lobe. 6)&nbsp;Southern tail lobe. 7)&nbsp;Plasmasphere.]]

Từ trường của Trái đất, chủ yếu là lưỡng cực ở bề mặt của nó, bị [[gió mặt trời]] bóp méo thêm nữa ở phía ngoài. Đây là một dòng các hạt tích điện tích rời khỏi [[vành nhật hoa]] của Mặt trời và tăng tốc từ 200 đến 1.000&nbsp;km/s. Chúng mang theo một từ trường, từ trường liên hành tinh (IMF).<ref name="MerrillMagnetosphere">{{chú thích sách |last=Merrill |first=Ronald T. |title=Our Magnetic Earth: The Science of Geomagnetism |year=2010 |publisher=The University of Chicago Press |location=Chicago |isbn=9780226520506 |pages=126&ndash;141}}</ref>

Gió mặt trời gây ra một áp suất, và nếu nó có thể chạm tới bầu khí quyển của Trái Đất, nó sẽ làm cho bầu khí quyển bị xói mòn. Tuy nhiên, nó bị đẩy ra xa bởi áp suất từ trường Trái đất. Từ đính (đỉnh từ), nơi mà các áp suất cân bằng, là ranh giới của từ quyển. Mặc cho tên gọi của nó, từ quyển là không đối xứng, với phía về hướng mặt trời là khoảng 10 lần bán kính trái đất nhưng phía kia trải dài ra thành một từ vĩ (đuôi từ) tới hơn 200 lần bán kính trái đất.<ref name=ParksIntro>{{chú thích sách | last = Parks | first = George K. | title = Physics of space plasmas: an introduction | year = 1991 | publisher = Addison-Wesley | location = Redwood City, Calif. | isbn = 0201508214}}</ref> Hướng về phía Mặt trời của từ đính là sóng xung kích hình cung (sóng xung kích phía trước), khu vực mà gió mặt trời chậm lại đột ngột.<ref name="MerrillMagnetosphere" />

Bên trong từ quyển là plasma quyển (quyển plasma), một vùng hình bánh rán có chứa các hạt tích điện năng lượng thấp hoặc [[plasma]]. Vùng này bắt đầu ở độ cao 60&nbsp;km, mở rộng lên đến 3 hoặc 4 bán kính trái đất, và bao gồm cả tầng điện ly. Vùng này xoay cùng Trái Đất.<ref name="ParksIntro" /> Ngoài ra còn có hai vùng hình lốp đồng tâm, được gọi là [[vành đai bức xạ Van Allen]], với các ion năng lượng cao (năng lượng từ 0,1 đến 10 triệu [[electron volt]] (MeV)). Vành đai bên trong là 1-2 bán kính Trái Đất tính ra phía ngoài trong khi vành đai ngoài là 4-7 bán kính Trái Đất. Quyển plasma và vành đai bức xạ Van Allen chồng lấn lên nhau một phần, với mức độ chồng lấn dao động nhiều theo mức độ hoạt động của Mặt Trời.<ref>{{chú thích báo |last1=Darrouzet |first1=Fabien |last2=De Keyser |first2=Johan |last3=Escoubet |first3=C. Philippe |date=10 September 2013 |title=Cluster shows plasmasphere interacting with Van Allen belts |url=http://sci.esa.int/cluster/52802-cluster-shows-plasmasphere-interacting-with-van-allen-belts/ |publisher=European Space Agency |accessdate=22 October 2013}}</ref>

Cũng như làm lệch gió Mặt Trời, từ trường Trái Đất làm lệch các [[tia vũ trụ]], là các hạt tích điện năng lượng cao chủ yếu đến từ bên ngoài hệ Mặt Trời. (Nhiều tia vũ trụ bị đẩy ra khỏi hệ Mặt Trời bởi từ quyển của Mặt Trời, hoặc [[nhật quyển]]<ref>{{chú thích web |title=Shields Up! A breeze of interstellar helium atoms is blowing through the solar system |author=<!-- Author not provided --> |date=27 September 2004 |newspaper=Science@NASA |url=http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2004/27sep_shieldsup/ |accessdate=23 October 2013}}</ref>). Ngược lại, các phi hành gia trên Mặt Trăng có nguy cơ phơi nhiễm bức xạ. Bất cứ ai trên bề mặt Mặt Trăng trong vụ phun trào năng lượng mặt trời đặc biệt mãnh liệt năm 2005 sẽ nhận được một liều gây chết người.<ref name="MerrillMagnetosphere" />

Một số hạt mang điện tích đi vào từ quyển. Chúng chuyển động xoắn ốc xung quanh các đường từ, nảy tới lui giữa các cực vài lần mỗi giây. Ngoài ra, các ion dương trôi dạt chậm về phía tây và các ion âm trôi dạt về phía đông, làm tăng [[dòng điện tròn]]. Dòng điện này làm giảm từ trường tại bề mặt Trái Đất.<ref name="MerrillMagnetosphere" /> Các hạt xâm nhập vào tầng điện ly và va chạm với các nguyên tử ở đó làm phát ra ánh sáng của [[cực quang]] và tia X.<ref name="ParksIntro" />

Các điều kiện biến đổi trong từ quyển, được gọi là [[thời tiết không gian]], chủ yếu là do hoạt động của Mặt Trời. Nếu gió mặt trời yếu, từ quyển sẽ mở rộng; trong khi nếu nó mạnh, nó nén từ quyển lại và nhiều gió mặt trời hơn nữa được thâm nhập vào. Các giai đoạn của hoạt động mạnh đặc biệt, được gọi là [[bão địa từ]], có thể xảy ra khi [[phun trào vật chất nhật hoa]] nổ ra trên mặt trời và truyền sóng xung kích xuyên qua hệ Mặt Trời. Một sóng như vậy có thể chỉ mất hai ngày để đến Trái Đất. Bão địa từ có thể gây ra nhiều sự gián đoạn; cơn bão "Halloween" năm 2003 đã làm hỏng hơn 1/3 vệ tinh của NASA. Cơn bão lớn nhất đã ghi nhận được xảy ra năm 1859. Nó gây ra các dòng điện đủ mạnh để làm đoản mạch các đường dây điện tín, và các cực quang được thông báo là xa về phía nam tới Hawaii.<ref name="MerrillMagnetosphere" /><ref>{{chú thích tạp chí |first=Sten |last=Odenwald |title=The great solar superstorm of 1859 |journal=Technology through time |publisher=NASA |volume=70 |year=2010 |url=http://sunearthday.gsfc.nasa.gov/2010/TTT/70.php |accessdate=24 October 2013}}</ref>

== Các biến thiên và nhiễu của từ trường Trái Đất ==
Do tác động của nhiều hiện tượng trong lòng [[Trái Đất]] và trong [[vũ trụ]] mà từ trường Trái Đất luôn luôn biến đổi. Ngày nay đã xác định các biến đổi này gồm có:
# [[Biến thiên thế kỷ]], là sự thay đổi cực chậm do thay đổi ở [[Lõi ngoài (Trái Đất)|lõi ngoài Trái Đất]] gây ra. Biến đổi tuy chậm nhưng sau hàng chục ngàn năm thường dẫn đến [[đảo cực địa từ]].
# Biến thiên ngắn hạn, còn gọi là biến đổi trong ngày, có dạng gần tuần hoàn theo giờ, và độ lớn có thể đến 30 nT, do tác động của mặt trời lên [[tầng điện ly]] gây ra.
# Nhiễu ngẫu nhiên, đặc biệt là khi có [[Bão từ]], độ lớn từ chục nT đến 1000 nT.

Quan trắc biến thiên là chủ đề của các đài ''Quan trắc từ trường Trái Đất'' thuộc các viện [[Vật lý Địa cầu]] của các nước trên thế giới, phục vụ nghiên cứu các biến động trong lòng hay xung quanh [[Trái Đất]].

Tác động của hiện tượng biến thiên dẫn đến việc lập "bản đồ từ trường Trái Đất" được chia thành hai nhánh:
* Bản đồ từ trường khái quát cho Trái Đất, là đối tượng của nghiên cứu [[vật lý Địa cầu]], lược đi những [[dị thường từ]] do các đối tượng đất đá ở phần vỏ, khử tất cả các biến thiên ngắn hạn và ngẫu nhiên, được gọi là "Bản đồ từ trường bình thường". Nó còn chứa biến thiên thế kỷ, nên được lập cho một năm xác định nào đó, và phải được chỉnh sửa sau một thời gian nhất định.
* Bản đồ [[dị thường từ]], loại bỏ trường bình thường và các biến thiên ngắn hạn, các nhiễu ra khỏi giá trị quan sát được. Nó là tổng hợp [[từ trường]] của các vật thể từ nông đến sâu ở vỏ Trái Đất gây ra. Bản đồ phục vụ các nghiên cứu [[vật lý Địa cầu]] cho phần vỏ [[Trái Đất]] (Crust), và trong [[địa vật lý thăm dò]] phục vụ điều tra địa chất khoáng sản ở ngoài cùng vỏ [[Trái Đất]].

===Các biến thiên ngắn===
[[File:Magnetic Storm Oct 2003.jpg|thumb|Nền: một tập hợp các dấu hiệu từ các đài quan sát từ cho thấy một cơn bão từ năm 2000. Quả cầu: bản đồ hiển thị vị trí của các đài quan sát và các đường đồng mức cường độ từ trường ngang tính bằng μT.]]
Trường địa từ thay đổi theo thời gian từ mili giây đến hàng triệu năm. Các thang thời gian ngắn hơn chủ yếu phát sinh từ các dòng điện trong tầng điện ly (ionospheric dynamo region) và từ quyển, và một số thay đổi có thể được truy nguyên từ các cơn bão địa từ hoặc biến động hàng ngày trong các dòng điện. Thay đổi theo thang thời gian từ một năm trở lên chủ yếu phản ánh những thay đổi bên trong Trái Đất, đặc biệt là phần giàu lõi sắt.<ref name="MMMch2" />

Thông thường, từ quyển của trái đất bị tác động bởi [[lóe mặt trời]] gây ra các cơn bão địa từ, gây ra hiện tượng cực quang. Sự không ổn định ngắn hạn của từ trường được đo bằng [[chỉ số K]].<ref>{{chú thích web |url=http://www.swpc.noaa.gov/info/Kindex.html |title=The K-index |publisher=Space Weather Prediction Center |accessdate=20 October 2013}}</ref>

Dữ liệu từ THEMIS cho thấy từ trường, tương tác với gió mặt trời, giảm khi hướng từ tính được căn giữa Mặt trời và Trái đất - ngược với giả thuyết trước. Trong những cơn bão mặt trời sắp tới, điều này có thể dẫn đến mất điện và gián đoạn trong vệ tinh nhân tạo.<ref>{{chú thích web |first=Bill |last=Steigerwald |url=http://www.nasa.gov/mission_pages/themis/news/themis_leaky_shield.html |title=Sun Often "Tears Out A Wall" In Earth's Solar Storm Shield |work=THEMIS: Understanding space weather |publisher=NASA |date=16 December 2008 |accessdate=20 August 2011}}</ref>

=== Biến thiên thế kỷ ===
[[Tập tin:Earth Magnetic Field Declination from 1590 to 1990.gif|thumb|351px|Biến thiến đẳng trị [[độ từ thiên]] từ năm 1590 đến 1990]]
[[File:Geomagnetic_axial_dipole_strength.svg|thumb|Độ mạnh của thành phần lưỡng cực trục của từ trường Trái Đất từ năm 1600 đến năm 2020.]]
Sự thay đổi từ trường Trái đất trên một khoảng thời gian từ một năm trở lên được gọi là [[biến thiên thế kỷ]]. Qua hàng trăm năm, Độ từ thiên được quan sát thấy thay đổi qua hàng chục độ.<ref name="MMMch2" /> Đoạn phim ở bên phải cho thấy Độ từ thiên toàn cầu đã thay đổi trong vài thế kỷ qua như thế nào.<ref name="declination">{{chú thích tạp chí |last=Jackson |first=Andrew |last2=Jonkers |first2=Art R. T. |last3=Walker |first3=Matthew R. |title=Four centuries of Geomagnetic Secular Variation from Historical Records |journal=Philosophical Transactions of the Royal Society A |volume=358 |pages=957–990 |year=2000 |jstor=2666741 |ref=harv |issue=1768 |bibcode=2000RSPTA.358..957J |doi=10.1098/rsta.2000.0569}}</ref>

Hướng và cường độ thay đổi lưỡng cực theo thời gian. Trong hai thế kỷ qua, cường độ lưỡng cực đã giảm với tốc độ khoảng 6,3% mỗi thế kỷ.<ref name="MMMch2" /> Với tốc độ giảm này, lĩnh vực này sẽ không đáng kể trong khoảng 1600 năm.<ref name="GSC">{{chú thích web |url=http://nrhp.focus.nps.gov |title=Secular variation |work=Geomagnetism |publisher=Canadian Geological Survey |year=2011 |accessdate=18 July 2011}}</ref> Tuy nhiên, sức mạnh này là trung bình trong 7000 năm qua, và tỷ lệ thay đổi hiện nay không phải là bất thường.<ref name="Constable_dipole">{{chú thích sách |last=Constable |first=Catherine |chapter=Dipole Moment Variation |pages=159–161 |year=2007 |editor-last=Gubbins |editor-first=David |editor2-last=Herrero-Bervera |editor2-first=Emilio |title=Encyclopedia of Geomagnetism and Paleomagnetism |publisher=Springer-Verlag |doi=10.1007/978-1-4020-4423-6_67 |ref=harv |isbn=978-1-4020-3992-8}}</ref>

Một điểm nổi bật trong phần không lưỡng cực của [[biến thiên thế kỷ]] là sự trôi dạt về phía tây với tốc độ khoảng 0,2 độ mỗi năm.<ref name="GSC" /> Sự trôi dạt không giống nhau ở mọi nơi và đã thay đổi theo thời gian. Trôi dạt trung bình trên toàn cầu đã về phía tây kể từ khoảng năm 1400 Công Nguyên nhưng về phía đông giữa khoảng 1000 AD và 1400 AD.<ref name="Dumberry">{{chú thích tạp chí |last=Dumberry |first=Mathieu |last2=Finlay |first2=Christopher C. |title=Eastward and westward drift of the Earth's magnetic field for the last three millennia |journal=Earth and Planetary Science Letters |volume=254 |pages=146–157 |year=2007 |doi=10.1016/j.epsl.2006.11.026 |ref=harv |bibcode=2007E&PSL.254..146D |url=http://www.epm.geophys.ethz.ch/~cfinlay/publications/dumberry_finlay_epsl07.pdf}}</ref>

Những thay đổi từ trường cổ xưa được ghi lại trong các khoáng vật từ tính trong các mẫu vật [[khảo cổ học]] và [[địa chất]]. Những thay đổi như vậy được gọi là [[biến thiên thế kỷ]] cổ xưa hoặc biến thiên paleo (ECV). Các hồ sơ thường bao gồm thời gian dài thay đổi nhỏ với những thay đổi lớn thường xuyên phản ánh những chuyến du ngoạn của cực địa từ và [[Đảo cực địa từ|sự đảo ngược]].<ref name="TauxeCh1">{{harvnb|Tauxe|1998|loc=Chapter 1}}</ref>

=== Đảo cực địa từ trường ===
{{main article|Đảo cực địa từ}}
[[File:Geomagnetic polarity late Cenozoic.svg|right|thumb|180px|Cực địa từ trong suốt cuối [[Đại Tân sinh]]. Các vùng tối là nơi có cực từ trường giống ngày nay, trong khi các vùng sáng là cực địa từ bị đảo ngược.]]

Mặc dù trường của trái đất nói chung là lưỡng cực, với một trục gần như căn thẳng với trục tự quay, nhưng thỉnh thoảng các cực địa từ Bắc và Nam đổi chỗ. Bằng chứng cho [[Đảo cực địa từ|sự đảo ngược địa từ]] này có thể tìm thấy trong bazan, lõi trầm tích thu được từ các tầng đại dương và các dị thường từ dưới đáy biển.<ref>{{chú thích sách |last=Vacquier |first=Victor |title=Geomagnetism in marine geology |year=1972 |publisher=Elsevier Science |location=Amsterdam |isbn=9780080870427 |page=38 |edition=2nd}}</ref> Sự đảo ngược xảy ra gần như ngẫu nhiên theo thời gian, với khoảng thời gian giữa các lần đảo chiều từ dưới 0,1 triệu năm đến khoảng 50 triệu năm. Sự đảo ngược địa từ gần đây nhất, được gọi là đảo ngược Brunhes-Matuyama, xảy ra khoảng 780.000 năm trước.<ref name="inconstant">{{chú thích web |url=http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2003/29dec_magneticfield/ |title=Earth's Inconstant Magnetic Field |work=Science@Nasa |last=Phillips |first=Tony |date=29 December 2003 |accessdate=27 December 2009}}</ref><ref name="MMMch5">{{harvnb|Merrill|McElhinny|McFadden|1996|loc=Chapter 5}}</ref> Một hiện tượng liên quan, một sự trệch khỏi trục địa từ, là một sự đảo chiều không hoàn chỉnh, không thay đổi cực tính.<ref>{{chú thích web |url=http://www.sciencedaily.com/releases/2012/10/121016084936.htm |title=Ice Age Polarity Reversal Was Global Event: Extremely Brief Reversal of Geomagnetic Field, Climate Variability, and Super Volcano |doi=10.1016/j.epsl.2012.06.050 |publisher=ScienceDaily |date=16 October 2012 |accessdate=21 March 2013}}</ref><ref name="MMMexcursion">{{harvnb|Merrill|McElhinny|McFadden|1996|pp=148–155}}</ref> [[Sự kiện Laschamp]] là một ví dụ về sự trệch khỏi trục, nó đã xảy ra trong [[thời kỳ băng hà cuối cùng]] (cách đây 41.000 năm).

Từ trường trong quá khứ được ghi lại chủ yếu bằng các khoáng vật từ tính mạnh, cụ thể là các oxit sắt như magnetit, có thể mang một mô men từ vĩnh cửu. [[Từ hóa dư]] này, hay ''cảm ứng từ dư'', có thể thu được bằng nhiều cách. Trong các dòng dung nham, hướng của từ trường bị "đóng băng" trong các khoáng vật nhỏ khi chúng nguội đi, dẫn đến nhiệt từ hóa dư. Trong các trầm tích, sự định hướng của các hạt từ tính thu được sự lệch nhẹ về phía từ trường khi chúng lắng đọng trên đáy đại dương hoặc đáy của hồ. Đây được gọi là sự từ hóa dư mảnh vụn.<ref name="McElhinny2000" />

[[Từ hoá dư nhiệt]] là nguồn chính của các dị thường từ xung quanh các [[sống núi giữa đại dương]]. Khi đáy biển lan ra, magma trào ra từ lớp phủ, nguội đi để tạo ra lớp vỏ bazan mới ở cả hai bên sống núi, và bị đẩy ra khỏi nó bằng sự [[tách giãn đáy đại dương|tách giãn đáy biển]]. Khi nó nguội, nó ghi lại hướng của từ trường Trái đất. Khi từ trường Trái đất đảo chiều, đá bazan mới ghi lại hướng đảo ngược. Kết quả là một loạt các dải đối xứng xung quanh sống núi. Một chiếc tàu kéo một từ kế trên bề mặt đại dương có thể phát hiện ra các dải này và suy ra độ tuổi của đáy biển phía dưới. Điều này cung cấp thông tin về tốc độ mà đáy biển đã tách giãn trong quá khứ.<ref name="McElhinny2000" />

Nguyên nhân khiến từ trường Trái Đất đảo cực là nằm ở trong nhân Trái Đất. Ở đó có dòng kim loại nóng chảy chảy xoay vòng quanh nhân. Bằng chuyển động cắt ngang từ trường, nó tạo ra dòng điện và dòng điện này tạo ra từ trường. Gia sử hướng chuyển động này giữ nguyên thì sẽ không có gì xảy ra cả nhưng do dòng kim loại nóng chảy liên tục thay đổi nên từ trường tạo ra cũng liên tục thay đổi và làm giảm từ trường hiện tại của Trái Đất

[[Định tuổi bằng đồng vị phóng xạ|Định tuổi phóng xạ]] của dòng dung nham đã được sử dụng để thiết lập thang thời gian phân cực địa từ, một phần trong đó được hiển thị trong hình ảnh. Điều này tạo thành nền tảng của [[từ địa tầng]], một kỹ thuật tương quan địa vật lý có thể được sử dụng cho đến nay cho cả các chuỗi trầm tích lẫn núi lửa cũng như dị thường từ dưới đáy biển.<ref name="McElhinny2000" />

Các nghiên cứu về dòng dung nham trên núi Steens, Oregon, chỉ ra rằng từ trường có thể đã dịch chuyển ở tốc độ lên đến 6 độ mỗi ngày vào thời điểm nào đó trong lịch sử Trái đất, điều này thách thức đáng kể sự hiểu biết phổ cập về việc từ trường Trái đất hoạt động như thế nào.<ref name="nature.com">{{chú thích tạp chí | last1 = Coe | first1 = R. S. | last2 = Prévot | first2 = M. | last3 = Camps | first3 = P. | title = New evidence for extraordinarily rapid change of the geomagnetic field during a reversal | journal = Nature | date = 20 April 1995 | doi = 10.1038/374687a0 | bibcode = 1995Natur.374..687C | volume = 374 | issue = 6524 | pages = 687–692 | url = http://www.nature.com/nature/journal/v374/n6524/abs/374687a0.html | ref = harv}} (also available online at [http://www.es.ucsc.edu/~rcoe/eart110c/Coeetal_Steens_Nature95.pdf es.ucsc.edu])</ref> Phát hiện này sau đó được cho là do tính chất từ đá bất thường của dòng dung nham được nghiên cứu, chứ không phải sự thay đổi trường nhanh, bởi một trong những nhà khoa học ban đầu của nghiên cứu năm 1995.<ref name="epsl.com">{{chú thích tạp chí | last1 = Coe | first1 = R. S. | last2 = Jarboe | first2 = N. A. | last3 = Le Goff | first3 = M. | last4 = Petersen | first4 = N. | title = Demise of the rapid-field-change hypothesis at Steens Mountain: The crucial role of continuous thermal demagnetization | journal = Earth and Planetary Science Letters | date = 15 August 2014 | doi = 10.1016/j.epsl.2014.05.036 | volume = 400 | pages = 302–312 | url = http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X1400346X | ref = harv}}</ref>

Các thay đổi độ nghiêng lưỡng cực tạm thời lấy trục lưỡng cực qua đường xích đạo và sau đó trở lại cực tính gốc được gọi là các trệch khỏi trục.<ref name="MMMexcursion" />

=== Xuất hiện sớm nhất===
Các nghiên cứu cổ từ của dung nham [[Đại Cổ Thái Cổ|Cổ Thái Cổ]] (Paleoarchea) ở Úc và [[cuội kết]] ở Nam Phi đã kết luận rằng từ trường đã có mặt từ ít nhất khoảng 3.450 triệu năm trước.<ref>{{chú thích tạp chí |url=http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/JB085iB07p03523/abstract |first1=T. N. W. |last1=McElhinney |first2=W. E. |last2=Senanayake |title=Paleomagnetic Evidence for the Existence of the Geomagnetic Field 3.5 Ga Ago |journal=Journal of Geophysical Research |volume=85 |page=3523 |year=1980 |bibcode=1980JGR....85.3523M |doi=10.1029/JB085iB07p03523 |ref=harv}}</ref><ref name="Tarduno2009">{{chú thích tạp chí |last1=Usui |first1=Yoichi |last2=Tarduno |first2=John A. |last3=Watkeys |first3=Michael |last4=Hofmann |first4=Axel |last5=Cottrell |first5=Rory D. |title=Evidence for a 3.45-billion-year-old magnetic remanence: Hints of an ancient geodynamo from conglomerates of South Africa |journal=Geochemistry Geophysics Geosystems |year=2009 |volume=10 |issue=9 |doi=10.1029/2009GC002496 |bibcode=2009GGG....1009Z07U |ref=harv}}</ref><ref>{{chú thích tạp chí |last1=Tarduno |first1=J. A. |last2=Cottrell |first2=R. D. |last3=Watkeys |first3=M. K. |last4=Hofmann |first4=A. |last5=Doubrovine |first5=P. V. |last6=Mamajek |first6=E. E. |last7=Liu |first7=D. |last8=Sibeck |first8=D. G. |last9=Neukirch |first9=L. P. |last10=Usui |first10=Y. |title=Geodynamo, Solar Wind, and Magnetopause 3.4 to 3.45 Billion Years Ago |journal=Science |date=4 March 2010 |volume=327 |issue=5970 |pages=1238–1240 |doi=10.1126/science.1183445 |bibcode= 2010Sci...327.1238T|pmid=20203044 |ref=harv}}</ref>

=== Tương lai ===
[[File:Brunhes geomagnetism western US.png|thumb|Những biến động moment dọc trục lưỡng cực tưởng tượng kể từ lần đảo cực gần đây nhất.]]

Hiện tại, địa từ trường tổng thể đang trở nên yếu đi; sự sụt giảm mạnh hiện nay tương ứng với sự suy giảm 10-15% trong vòng 150 năm qua và đã tăng tốc trong vài năm qua; cường độ địa từ đã giảm gần như liên tục từ mức tối đa 35% trên mức giá trị hiện đại đạt được khoảng 2.000 năm trước. Tốc độ sụt giảm và cường độ hiện tại nằm trong khoảng biến thiên bình thường, như thể hiện bằng các từ trường từ quá khứ được ghi lại trong đá.

Bản chất của từ trường Trái đất là một trong những dao động [[dị phương sai]]. Một phép đo tức thời của nó, hoặc một số phép đo của nó qua vài thập kỷ hoặc vài thế kỷ, là không đủ để ngoại suy ra xu hướng tổng thể trong cường độ từ trường. Nó đã lên và xuống trong quá khứ vì những lý do không rõ. Ngoài ra, cần lưu ý rằng ghi nhận cường độ địa phương của trường lưỡng cực (hoặc biến động của nó) là không đủ để mô tả từ trường Trái Đất như một khối tổng thể, vì nó không phải là trường lưỡng cực tuyệt đối. Thành phần lưỡng cực của trường Trái đất có thể giảm xuống thậm chí khi toàn bộ từ trường vẫn giữ nguyên hoặc tăng lên.

Cực bắc từ Trái đất đang trôi từ phía bắc Canada tới Siberia với tốc độ tăng tốc hiện tại - 10&nbsp;km (6,2&nbsp;mi) mỗi năm vào đầu thế kỷ XX, lên đến 40&nbsp;km (25 dặm) mỗi năm vào năm 2003,<ref name="inconstant" /> và kể từ đó chỉ tăng tốc.<ref>{{chú thích web |url=http://news.nationalgeographic.com/news/2009/12/091224-north-pole-magnetic-russia-earth-core.html |title=North Magnetic Pole Moving Due to Core Flux |last=Lovett |first=Richard A. |date=December 24, 2009}}</ref>

== Nguồn gốc ==
{{main article|Thuyết dynamo}}

Từ trường Trái đất được cho là sinh ra bởi các dòng diện trong vật liệu dẫn điện của lõi, tạo ra bởi các [[dòng đối lưu]] do nhiệt thoát ra khỏi lõi. Tuy nhiên, đây là một quá trình phức tạp, và các mô hình máy tính có thể dựng lại một vài đặc điểm của nó chỉ được phát triển trong vài thập niên gần đây.

===Lõi Trái đất và thuyết địa động lực===
[[File:Outer core convection rolls.jpg|thumb|Hình minh hoạt mối tương quan giữa chuyển động của chất lưu dẫn điện, được điều khiển bởi [[lực Coriolis]], và từ trường do chuyển động sinh ra.<ref>{{chú thích web |title=How does the Earth's core generate a magnetic field? |work=USGS FAQs |publisher=United States Geological Survey |url=http://www.usgs.gov/faq/?q=categories/9782/2738 |accessdate=21 October 2013}}</ref>]]

Trái Đất và hầu hết các hành tinh trong Hệ Mặt Trời, cũng như Mặt Trời và các sao khác, tất cả đều có từ trường do quá trình chuyển động của các chất lưu dẫn điện.<ref name="Weiss">{{chú thích tạp chí |last=Weiss |first=Nigel |title=Dynamos in planets, stars and galaxies |journal=Astronomy and Geophysics |year=2002 |volume=43 |issue=3 |pages=3.09–3.15 |doi=10.1046/j.1468-4004.2002.43309.x|bibcode=2002A&G....43c...9W}}</ref> Từ trường Trái Đất sinh ra từ lõi của nó. Đây là khu vực chứa các hợp kim sắt có bán kính khoảng 3.400&nbsp;km (bán kính trái đất là 6.370&nbsp;km). Phần lõi này chia thành [[lõi trong]] rắn với bán kính 1.220&nbsp;km, và [[lõi ngoài]] lỏng.<ref>{{chú thích tạp chí |last=Jordan |first=T. H. |title=Structural Geology of the Earth's Interior |journal=Proceedings of the National Academy of Sciences |year=1979 |volume=76 |issue=9 |pages=4192–4200 |doi=10.1073/pnas.76.9.4192|bibcode=1979PNAS...76.4192J |pmid=16592703 |pmc=411539}}</ref> Sự chuyển động của chất lưu ở lõi ngoài được điều khiển bởi dòng nhiệt thoát ra từ lõi trong, dòng nhiệt này khoảng {{convert|6000|K}}, đến ranh giới lõi-manti nhiệt độ đạt {{convert|3800|K}}.<ref>{{chú thích web |title=Earth's Center Is 1,000 Degrees Hotter Than Previously Thought, Synchrotron X-Ray Experiment Shows |date=25 April 2013 |newspaper=ScienceDaily |author=European Synchrotron Radiation Facility |url=http://www.sciencedaily.com/releases/2013/04/130425142355.htm |accessdate=21 October 2013}}</ref> Mô hình dòng chảy được thiết lập bởi sự tự quay của Trái Đất và sự có mặt của lõi trong rắn.<ref name="Buffett2000">{{chú thích tạp chí |first1=B. A. |last1=Buffett |title=Earth's Core and the Geodynamo |journal=Science |volume=288 |issue=5473 |year=2000 |pages=2007–2012 |doi=10.1126/science.288.5473.2007 |bibcode=2000Sci...288.2007B |ref=harv}}</ref>

Cơ chế Trái Đất sinh ra [[từ trường]] được nêu trong ''[[thuyết dynamo]]''.<ref name="Weiss" /> Từ trường được tạo ra bởi mạch hồi tiếp: các mạch điện tạo ra các từ trường ([[Định luật Ampère]]); khi từ trường thay đổi tạo ra một [[điện trường]] ([[Định luật Faraday]]); và các trường điện và từ tác động một lực lên các điện tích chuyển động thành dòng ở dạng dòng điện ([[Lực Lorentz]]).<ref>{{chú thích sách |last=Feynman |first=Richard P. |authorlink=Richard Feynman |title=The Feynman lectures on physics |year=2010 |publisher=BasicBooks |location=New York |isbn=9780465024940 |pages=13-3,15-14,17-2 |edition=New millennium}}</ref> Những tác động này có thể được kết hợp ở dạng phương trình vi phân từng phần cho từ trường được gọi là "phương trình cảm ứng từ":

:<math>\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t} = \eta \nabla^2 \mathbf{B} + \nabla \times (\mathbf{u} \times \mathbf{B}) </math>

...với {{math|'''u'''}} là vận tốc của chất lưu; {{math|'''B'''}} là [[Từ trường|trường từ B]]; và {{math|η{{=}}1/σμ}} là [[độ khuếch tán từ]], tỉ lệ nghịch với [[độ dẫn điện]] {{math|σ}} và [[độ từ thẩm]] {{math|μ}}.<ref name=MMMch8>{{harvnb|Merrill|McElhinny|McFadden|1996|loc=Chapter 8}}</ref> Thuật ngữ {{math|∂'''B'''/∂''t''}} là đạo hàm theo thời gian của từ trường; {{math|∇<sup>2</sup>}} là [[Toán tử Laplace]] và {{math|∇×}} là [[Rot (toán tử)|rot]].

Số hạng đầu tiên phía bên phải của phương trình cảm ứng từ là số hạng [[khuếch tán]]. Trong chất lưu tĩnh, từ trường giảm và bất kỳ điểm nào của từ trường lan tỏa ra ngoài. Nếu dynamo của Trái Đất ngừng hoạt động, phần lưỡng cực sẽ biến mất trong vài chục ngàn năm.<ref name=MMMch8/>

In a perfect conductor (<math>\sigma = \infty\;</math>), there would be no diffusion. By [[Lenz's law]], any change in the magnetic field would be immediately opposed by currents, so the flux through a given volume of fluid could not change. As the fluid moved, the magnetic field would go with it. The theorem describing this effect is called the ''frozen-in-field theorem''. Even in a fluid with a finite conductivity, new field is generated by stretching field lines as the fluid moves in ways that deform it. This process could go on generating new field indefinitely, were it not that as the magnetic field increases in strength, it resists fluid motion.<ref name=MMMch8/>

The motion of the fluid is sustained by [[convection]], motion driven by [[buoyancy]]. The temperature increases towards the center of the Earth, and the higher temperature of the fluid lower down makes it buoyant. This buoyancy is enhanced by chemical separation: As the core cools, some of the molten iron solidifies and is plated to the [[inner core]]. In the process, lighter elements are left behind in the fluid, making it lighter. This is called ''compositional convection''. A [[Coriolis effect]], caused by the overall planetary rotation, tends to organize the flow into rolls aligned along the north-south polar axis.<ref name=Buffett2000/><ref name=MMMch8/>

A dynamo can amplify a magnetic field, but it needs a "seed" field to get it started.<ref name=MMMch8/> For the Earth, this could have been an external magnetic field. Early in its history the Sun went through a [[T Tauri star|T-Tauri phase]] in which the [[solar wind]] would have had a magnetic field orders of magnitude larger than the present solar wind.<ref name=MMMch10>{{harvnb|Merrill|McElhinny|McFadden|1996|loc=Chapter 10}}</ref> However, much of the field may have been screened out by the Earth's mantle. An alternative source is currents in the core-mantle boundary driven by chemical reactions or variations in thermal or electric conductivity. Such effects may still provide a small bias that are part of the boundary conditions for the geodynamo.<ref name=MMMch11>{{harvnb|Merrill|McElhinny|McFadden|1996|loc=Chapter 11}}</ref>

The average magnetic field in the Earth's outer core was calculated to be 25 [[Gauss (unit)|gauss]], 50 times stronger than the field at the surface.<ref>{{chú thích tạp chí |first1=Bruce A. |last1=Buffett |url=http://www.nature.com/nature/journal/v468/n7326/full/nature09643.html |title=Tidal dissipation and the strength of the Earth's internal magnetic field |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=468 |pages=952–954 |year=2010 |bibcode=2010Natur.468..952B |doi=10.1038/nature09643 |issue=7326 |pmid=21164483 |laysummary=http://www.science20.com/news_articles/first_measurement_magnetic_field_inside_earths_core |laysource=Science 20 |ref=harv}}</ref>

====Các mô hình số====
Simulating the geodynamo requires numerically solving a set of nonlinear partial differential equations for the [[magnetohydrodynamics]] (MHD) of the Earth's interior. Simulation of the MHD equations is performed on a 3D grid of points and the fineness of the grid, which in part determines the realism of the solutions, is limited mainly by computer power. For decades, theorists were confined to creating ''kinematic dynamo'' computer models in which the fluid motion is chosen in advance and the effect on the magnetic field calculated. Kinematic dynamo theory was mainly a matter of trying different flow geometries and testing whether such geometries could sustain a dynamo.<ref name=Kono2002>{{chú thích tạp chí |last1=Kono |first1=Masaru |last2=Roberts |first2=Paul H. |title=Recent geodynamo simulations and observations of the geomagnetic field |journal=[[Reviews of Geophysics]] |year=2002 |volume=40 |issue=4 |pages=1–53 |doi=10.1029/2000RG000102 |bibcode=2002RvGeo..40.1013K |ref=harv}}</ref>

The first ''self-consistent'' dynamo models, ones that determine both the fluid motions and the magnetic field, were developed by two groups in 1995, one in Japan<ref>{{chú thích tạp chí |last1=Kageyama |first1=Akira |last2=Sato |first2=Tetsuya |author3=the Complexity Simulation Group |title=Computer simulation of a magnetohydrodynamic dynamo. II |journal=Physics of Plasmas |date=1 January 1995 |volume=2 |issue=5 |pages=1421–1431 |doi=10.1063/1.871485 |bibcode=1995PhPl....2.1421K |ref=harv}}</ref> and one in the United States.<ref name="selfconsistent"/><ref>{{chú thích tạp chí |last1=Glatzmaier |first1=Gary A. |last2=Roberts |first2=Paul H. |title=A three-dimensional convective dynamo solution with rotating and finitely conducting inner core and mantle |journal=Physics of the Earth and Planetary Interiors |year=1995 |volume=91 |issue=1–3 |pages=63–75 |doi=10.1016/0031-9201(95)03049-3 |ref=harv |bibcode=1995PEPI...91...63G}}</ref> The latter received attention because it successfully reproduced some of the characteristics of the Earth's field, including geomagnetic reversals.<ref name="Kono2002" />

===Currents in the ionosphere and magnetosphere===
Electric currents induced in the ionosphere generate magnetic fields (ionospheric dynamo region). Such a field is always generated near where the atmosphere is closest to the Sun, causing daily alterations that can deflect surface magnetic fields by as much as one degree. Typical daily variations of field strength are about 25 nanoteslas (nT) (one part in 2000), with variations over a few seconds of typically around 1 nT (one part in 50,000).<ref>{{chú thích tạp chí |first1=Janez |last1=Stepišnik |title=Spectroscopy: NMR down to Earth |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=439 |pages=799–801 |year=2006|bibcode=2006Natur.439..799S |doi=10.1038/439799a |issue=7078 |ref=harv}}</ref>

==Đo lường và phân tích==
===Phát hiện===
Cường độ từ trường của Trái Đất đã được [[Carl Friedrich Gauss]] đo vào năm 1832<ref>{{chú thích web |author=Gauss, C.F |date=1832 |title=The Intensity of the Earth's Magnetic Force Reduced to Absolute Measurement |url=http://21stcenturysciencetech.com/translations/gaussMagnetic.pdf |accessdate=2009-10-21}}</ref> và đã được đo đạc lặp lại nhiều lần từ đó, kết quả cho thấy cường độ suy giảm tương đối khoảng 10% trong vòng 150 năm qua.<ref>{{chú thích tạp chí |journal=[[Annual Review of Earth and Planetary Sciences]] |volume=1988 |issue=16 |page=435 |title=Time Variations of the Earth's Magnetic Field: From Daily to Secular |first1=Vincent |last1=Courtillot |first2=Jean Louis |last2=Le Mouel |doi=10.1146/annurev.ea.16.050188.002133 |bibcode=1988AREPS..16..389C |year=1988 |ref=harv}}</ref> Vệ tinh Magsat và các vệ tinh sau đó đã sử dụng từ kế vector 3 trục để thăm dò cấu trúc 3 chiều của từ trường Trái Đất. So sánh với vệ tinh Ørsted sau này cho thấy hoạt động địa động lực (dynamic geodynamo) dường như đang dần tạo ra một cực khác bên dưới Đại Tây Dương ở phía tây của phía nam Châu Phi.<ref name="pmid11948347">{{chú thích tạp chí |last1=Hulot |first1=G. |last2=Eymin |first2=C. |last3=Langlais |first3=B. |last4=Mandea |first4=M. |last5=Olsen |first5=N. |title=Small-scale structure of the geodynamo inferred from Oersted and Magsat satellite data |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=416 |issue=6881 |pages=620–623 |date=April 2002 |pmid=11948347 |doi=10.1038/416620a |url= |ref=harv|bibcode=2002Natur.416..620H}}</ref>

[[tập tin:Bangui anomaly.JPG|thumb|Cường độ từ tính vẽ bởi dữ liệu vệ tinh. [[dị thường từ Kursk|Dị thường Kursk]] là vùng dị thường có cường độ cao (màu đỏ) ở phía bắc trong khi [[dị thường từ Bangui|dị thường Bangui]] nằm ở trung tâm châu Phi.]]

Chính phủ ở một số nước thành lập các cơ quan chuyên về đo lường trường từ của Trái Đất. Đây là các điểm nghiên cứu địa từ trường, điển hình là thuộc một phần trong những cuộc [[khảo sát địa chất]] quốc gia, ví dụ như cuộc khảo sát viện nghiên cứu Eskdalemuir của Cục Địa chất Anh. Các viện nghiên cứu này có thể đo và dự báo các điều kiện từ tính như các cơn [[bão từ]] gây ảnh hưởng đến thông tin liên lạc, điện năng và các hoạt động khác của con người.

Mạng lưới quốc tế các viện nghiên cứu từ trường (International Real-time Magnetic Observatory Network), với hơn 100 điểm quan sát địa từ liên kết với nhau trên toàn thế giới, đã ghi lại từ trường Trái Đất từ năm 1991.

Quân đội dựa trên các đặc tính trường địa từ đo ở phạm vi địa phương, để phát hiện dị thường trong nền tự nhiên có thể là do một vật kim loại khối lượng đáng kể như tàu ngầm lặn gây ra. Thông thường, các thiết bị phát hiện dị thường từ tính này được gắn trên máy bay như Nimrod của Anh hoặc được kéo như một dụng cụ hoặc một loạt các dụng cụ bằng các tàu trên mặt nước.

Các công ty điều tra về địa vật lý (geophysical prospecting companies) cũng sử dụng thiết bị dò từ tính để xác định các dị thường xuất hiện trong tự nhiên từ thân quặng, ví dụ như Dị thường từ Kursk (Kursk Magnetic Anomaly).

===Dị thường từ trường ở vỏ Trái Đất===
[[File:Magnetic Field Earth.png|thumb|Mô hình dị thường từ trường thạch quyển Trái Đất với sự góp mặt của các đặc điểm vỏ dựa trên bước sóng ngắn.<ref>{{chú thích web |last=Frey |first=Herbert |title=Satellite Magnetic Models |url=http://core2.gsfc.nasa.gov/terr_mag/sat_models.html |work=Comprehensive Modeling of the Geomagnetic Field |publisher=[[NASA]] |accessdate=13 October 2011}}</ref>]]

[[từ kế|Máy đo từ tính]] có thể phát hiện độ lệch nhỏ trong từ trường của Trái Đất do các hiện vật bằng sắt, đồ tạo tác, một số loại cấu trúc bằng đá, và thậm chí khe và các mỏm đá trong khảo cổ học địa vật lý. Sử dụng các dụng cụ từ lấy ở các máy dò [[dị thường từ]] gắn trên máy bay được phát triển trong Chiến tranh thế giới II nhằm phát hiện tàu ngầm,<ref>{{chú thích sách|title=Geologic Applications of Modern Aeromagnetic Surveys|publisher=[[Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ|USGS]]|year=1987|page=66|author=William F. Hanna|url=https://pubs.usgs.gov/bul/1924/report.pdf|accessdate=3 May 2017}}</ref> các biến thiên từ trường trên toàn đáy đại dương đã được lập thành bản đồ. [[Bazan]] - đá núi lửa giàu chất sắt tạo thành đáy đại dương<ref>{{chú thích tạp chí |title=Basalts from the Deep Ocean Floor|author=G. D. Nicholls|journal=Mineralogical Magazine|publisher=Mineralogical Society of Great Britain and Ireland|volume=34|year=1965|page=373-388|url=http://www.minersoc.org/pages/Archive-MM/Volume_34/34-268-373.pdf|accessdate=3 May 2017}}</ref> - có chứa khoáng vật với từ trường mạnh ([[magnetit]], Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>) và gây ảnh hưởng tới trị số đọc trên la bàn đo ở phạm vi địa phương. Sự lệch này đã được những ngư dân ở Iceland nhận thấy vào khoảng cuối thế kỷ XVIII.<ref name="Kious">{{chú thích sách |title=This Dynamic Earth: The Story of Plate Tectonics|author=Jacqueline W. Kious; Robert I. Tilling|publisher=USGS|year=1996|page=17|url=https://pubs.usgs.gov/gip/dynamic/developing.html|accessdate=3 May 2017|isbn=978-0160482205}}</ref> Quan trọng hơn, bởi vì sự có mặt của magnetite mang lại tính chất từ tính đo được của đá bazan, những biến đổi từ tính này đã cung cấp một phương tiện khác để nghiên cứu đáy biển sâu. Khi đá mácma mới hình thành và dần nguội đi, các vật liệu từ như thế đã ghi lại lịch sử từ trường của Trái Đất.<ref name="Kious"/>

===Mô hình thống kê===
Mỗi phép đo từ trường phải được đo ở một vị trí và thời gian cụ thể. Nếu cần ước tính chính xác trường tại một số nơi và thời gian khác thì phép đo phải được chuyển đổi sang mô hình và mô hình được sử dụng để đưa ra dự đoán.
====Hàm điều hòa cầu====
[[tập tin:Spherical harmonics positive negative.svg|thumb|Schematic representation of spherical harmonics on a sphere and their nodal lines. {{math|<var>P</var><sub>ℓ <var>m</var></sub>}} is equal to 0 along {{math|<var>m</var>}} [[great circle]]s passing through the poles, and along {{math|ℓ-<var>m</var>}} circles of equal latitude. The function changes sign each ℓtime it crosses one of these lines.]]
[[tập tin:VFPt four charges.svg|thumb|Example of a quadrupole field. This can also be constructed by moving two dipoles together.]]
Cách phổ biến nhất để phân tích các biến thể toàn cầu trong từ trường của Trái đất là để phù hợp với các phép đo cho một tập hợp các sóng hài cầu. Điều này lần đầu tiên được thực hiện bởi Carl Friedrich Gauss.<ref name=Wallace2003>{{chú thích sách |last=Campbell |first=Wallace H. |title=Introduction to geomagnetic fields |year=2003 |publisher=[[Cambridge University Press]] |location=New York |isbn=978-0-521-52953-2 |edition=2nd |ref=harv}}, p.&nbsp;1.</ref> Các sóng hài cầu là các chức năng dao động trên bề mặt của một quả cầu. Chúng là sản phẩm của hai chức năng, một loại phụ thuộc vào vĩ độ và một trên kinh độ. Chức năng của kinh độ là 0 dọc theo không hoặc nhiều vòng tròn lớn đi qua Bắc và Nam cực; Số các đường nút như vậy là giá trị tuyệt đối của biến m. Chức năng của vĩ độ là số không cùng không hoặc nhiều vòng tròn vĩ độ; Điều này cộng với thứ tự bằng với mức độ ℓ. Mỗi hài hòa tương đương với một sự sắp xếp đặc biệt của các điện tích từ ở trung tâm của trái đất. Một monopole là một điện tích từ riêng, mà chưa bao giờ được quan sát. Một lưỡng cực tương đương với hai chi phí đối lập mang lại gần nhau và một quadrupole đến hai lưỡng cực thu lại với nhau. Một trường quadrupole được hiển thị trong hình dưới bên phải.<ref name=MMMch2>{{harvnb |Merrill|McElhinny|McFadden|1996 |loc=Chapter 2}}</ref>

Các sóng hài hình cầu có thể đại diện cho bất kỳ trường vô hướng nào (chức năng của vị trí) đáp ứng một số tính chất nhất định. Một từ trường là một trường vector, nhưng nếu nó được biểu diễn trong các thành phần Cartes X, Y, Z, mỗi thành phần là dẫn xuất của cùng một hàm vô hướng được gọi là tiềm năng từ tính. Các phân tích của từ trường Trái Đất sử dụng một phiên bản sửa đổi của sóng hài hình cầu thông thường khác nhau bởi một nhân tố nhân. Một bình phương nhỏ nhất phù hợp với các phép đo từ trường cho trường Trái Đất là tổng các sóng hài cầu, mỗi nhân với hệ số Gauss gmℓ hoặc hm the phù hợp nhất.<ref name="MMMch2" />

Hệ số Gauss thấp nhất, g00, cho đóng góp của một điện tích từ bị cô lập, vì vậy nó là số không.Ba hệ số kế tiếp - g10, g11, và h11 - xác định hướng và cường độ của sự đóng góp dipole.Lưỡng cực lắp tốt nhất được nghiêng ở góc 10 ° so với trục quay, như được mô tả ở trên.<ref name="MMMch2" />

;Sự phụ thuộc xuyên suốt 
Phân tích sự dao động của hình cầu có thể được sử dụng để phân biệt nội bộ từ các nguồn bên ngoài nếu các phép đo có sẵn ở nhiều hơn một chiều cao (ví dụ như các đài quan sát mặt đất và vệ tinh). Trong trường hợp đó, mỗi thuật ngữ với hệ số gmℓ hoặc hmℓ có thể được chia thành hai thuật ngữ: một trong đó giảm với bán kính là 1 / rℓ + 1 và một bán tăng với bán kính như rℓ. Các thuật ngữ ngày càng phù hợp hơn với các nguồn bên ngoài (dòng trong tầng điện ly và quyển từ).Tuy nhiên, trung bình trong một vài năm các khoản đóng góp trung bình từ bên ngoài là không.<ref name="MMMch2" />

Các giai đoạn còn lại dự đoán rằng tiềm năng của một nguồn lưỡng cực (ℓ = 1) giảm xuống là 1 / r2. Từ trường, là một dẫn xuất của động năng, giảm xuống là 1 / r3. Các giai đoạn của Quadrupole giảm xuống là 1 / r4 và các bậc cao hơn sẽ giảm nhanh chóng hơn với bán kính. Bán kính của lõi ngoài là khoảng một nửa bán kính của Trái đất. Nếu trường ở ranh giới lớp vỏ lõi - phù hợp với sóng hài cầu, phần lưỡng cực nhỏ hơn khoảng 8 ở bề mặt, phần tứ cực bằng 16, v.v. Do đó, chỉ có các thành phần có bước sóng lớn có thể được chú ý ở bề mặt. Từ nhiều đối số, thường giả định rằng chỉ các thuật ngữ lên đến độ 14 hoặc ít hơn có nguồn gốc của chúng trong lõi.Chúng có bước sóng khoảng 2.000&nbsp;km (1.200 dặm) hoặc nhỏ hơn. Các tính năng nhỏ hơn được cho là do dị thường vỏ trái đất.<ref name="MMMch2" />

;Các mô hình toàn cầu
Hiệp hội Địa lý Quốc tế và khí tượng duy trì một mô hình tiêu chuẩn toàn cầu được gọi là Trường Tham chiếu Quốc tế.Nó được cập nhật 5 năm một lần.Mô hình thế hệ 11, IGRF11, được phát triển bằng cách sử dụng dữ liệu từ các vệ tinh (Ørsted, CHAMP và SAC-C) và mạng lưới các đài quan sát địa từ thế giới.<ref>{{chú thích tạp chí |last1=Finlay |first1=C. C. |last2=Maus |first2=S. |last3=Beggan |first3=C. D. |last4=Hamoudi |first4=M. |last5=Lowes |first5=F. J. |last6=Olsen |first6=N. |last7=Thébault |first7=E. |date=2010 |title=Evaluation of candidate geomagnetic field models for IGRF-11 |url=http://www.geomag.us/info/Smaus/Doc/Finlay_etal_IGRF11eval_sub.pdf |journal=Earth, Planets and Space |volume=62 |issue=10 |pages=787–804 |bibcode=2010EP&S...62..787F |doi=10.5047/eps.2010.11.005 |ref=harv}}</ref> Việc mở rộng hài hòa hình cầu được cắt ngắn ở mức 10, với 120 hệ số, cho đến năm 2000. Các mô hình tiếp theo được cắt ngắn ở mức độ 13 (195 hệ số).<ref>{{chú thích web |url=http://www.ngdc.noaa.gov/IAGA/vmod/igrfhw.html |title=The International Geomagnetic Reference Field: A "Health" Warning |date=January 2010 |publisher=National Geophysical Data Center |accessdate=13 October 2011}}</ref>

Một mô hình lĩnh vực toàn cầu khác gọi là World Magnetic Model được sản xuất bởi Trung tâm Thông tin Môi trường Hoa Kỳ (trước đây là Trung tâm Dữ liệu Địa Vật lý Quốc gia Hoa Kỳ) và Cục Khảo sát Địa chất Anh. Mô hình này cắt ngắn ở mức 12 (168 hệ số) với độ phân giải không gian gần 3.000&nbsp;km. Đây là mô hình được sử dụng bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, Bộ Quốc phòng (United Kingdom), Cục Hàng không Liên bang Hoa Kỳ (FAA), Tổ chức Hiệp ước Bắc Đại Tây Dương và Văn phòng Thủy văn Quốc tế cũng như trong nhiều hệ thống dẫn đường dân dụng.<ref>{{chú thích web |title=The World Magnetic Model |url=http://www.ngdc.noaa.gov/geomag/WMM/DoDWMM.shtml |publisher=National Geophysical Data Center |accessdate=14 October 2011}}</ref>

Một mô hình thứ ba được sản xuất bởi Trung tâm Không gian Goddard (NASA và GSFC) và Viện Nghiên cứu Vũ trụ Đan Mạch đã sử dụng phương pháp "mô hình toàn diện" nhằm điều chỉnh dữ liệu với độ phân giải thời gian và không gian khác nhau từ các nguồn mặt đất và vệ tinh.<ref>{{chú thích web |last=Herbert |first=Frey |title=Comprehensive Modeling of the Geomagnetic Field |url=http://core2.gsfc.nasa.gov/CM/ |publisher=NASA}}</ref>

Trung tâm Thông tin Môi trường Quốc gia Hoa Kỳ đã phát triển mô hình Từ trường Cao cấp (EMM), mở rộng đến mức độ và mức độ 720 và giải quyết những dị thường từ tính xuống đến bước sóng 56&nbsp;km. Nó được biên soạn từ các cuộc khảo sát từ vệ tinh, hàng hải, từ trường và mặt đất. Phiên bản mới nhất, EMM2015, bao gồm dữ liệu từ sứ mệnh Swarm của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu.<ref>{{chú thích web |title=The Enhanced Magnetic Model|url=https://www.ngdc.noaa.gov/geomag/EMM/ |publisher=United States [[National Centers for Environmental Information]] |accessdate=20 December 2016}}</ref>

==Từ tính sinh học ==
Động vật bao gồm chim và rùa có thể phát hiện từ trường của trái đất và sử dụng trường để điều hướng trong quá trình di chuyển.<ref>{{chú thích tạp chí |last1=Deutschlander |first1=M. |last2=Phillips |first2=J. |last3=Borland |first3=S. |year=1999 |title=The case for light-dependent magnetic orientation in animals |journal=Journal of Experimental Biology |volume=202 |issue=8 |pages=891–908 |pmid=10085262 |ref=harv}}</ref> Bò và hươu hoang dã có xu hướng quay cơ thể của chúng về phía bắc-nam trong khi thư giãn, nhưng không phải khi động vật thuộc dòng điện cao thế, các nhà nghiên cứu hàng đầu tin rằng từ tính là có trách nhiệm.<ref name='Burda2009'>{{chú thích tạp chí |doi=10.1073/pnas.0811194106 |title=Extremely low-frequency electromagnetic fields disrupt magnetic alignment of ruminants |year=2009 |last1=Burda |first1=H. |last2=Begall |first2=S. |last3=Cerveny |first3=J. |last4=Neef |first4=J. |last5=Nemec |first5=P. |journal=Proceedings of the National Academy of Sciences |volume=106 |issue=14 |pages=5708–13 |bibcode=2009PNAS..106.5708B |pmid=19299504 |pmc=2667019}}</ref><ref name='Nature summary'>{{chú thích tạp chí |doi=10.1038/458389a |title=Biology: Electric cows |year=2009 |journal=Nature |volume=458 |page=389 |pmid=<!--none--> |issue=7237 |bibcode=2009Natur.458Q.389. |ref=harv}}</ref> Trong năm 2011, các nhà nghiên cứu báo cáo nỗ lực của họ không thành công để lặp lại việc tìm kiếm bằng cách sử dụng các hình ảnh Google Earth khác nhau.<ref>{{chú thích tạp chí |last1=Hert |first1=J |last2=Jelinek |first2=L |last3=Pekarek |first3=L |last4=Pavlicek |first4=A |year=2011 |title=No alignment of cattle along geomagnetic field lines found |journal=Journal of Comparative Physiology |volume=197 |issue=6 |pages=677–682 |pmid= |ref=harv |doi=10.1007/s00359-011-0628-7}} [http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00359-011-0628-7]</ref>

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các trường điện từ rất yếu làm gián đoạn la bàn từ được sử dụng bởi các robins châu Âu và các loài chim biết bay khác hướng của chúng được điều khiển bởi trường của Trái đất. Theo nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature số ra ngày 8 tháng 5 năm 2008, cả đường dây điện và điện thoại di động đều không đổ lỗi cho hiệu ứng trường điện từ lên chim. Thay vào đó, thủ phạm bao gồm các tần số từ 2&nbsp;kHz đến 5&nbsp;MHz, chẳng hạn như tín hiệu vô tuyến AM và các thiết bị điện tử thông thường có thể tìm thấy trong các doanh nghiệp hoặc nhà riêng.<ref>{{chú thích web |url=http://spectrum.ieee.org/tech-talk/consumer-electronics/gadgets/electric-field-disruption-magnetic-compass-birds-hints-quantum-action |title=Electromagnetic Interference Disrupts Bird Navigation, Hints at Quantum Action |first=Jeremy |last=Hsu |work=IEEE Spectrum |date=9 May 2014 |accessdate=31 May 2015}}</ref>

== Xem thêm ==
* [[Pin Trái Đất]]
* [[Phát xạ của Trái Đất]]
* [[Từ quyển]]
* [[L-shell]]
* [[Độ từ thiên]]
* [[Vành đai bức xạ Van Allen]]
* [[Tàu thăm dò Christopher Columbus]]
* [[Quyển từ Sao Mộc]]

== Tham khảo ==
{{tham khảo| colwidth= 25em}}

== Đọc thêm ==
{{refbegin}}
* {{chú thích sách |last=Campbell|first=Wallace H.|title=Introduction to geomagnetic fields|year=2003|publisher=[[Cambridge University Press]]|location=New York|isbn=978-0-521-52953-2|edition=2nd|ref=harv}}
* {{chú thích sách |first1=Neil F. |last1=Comins |year=2008 |title=Discovering the Essential Universe |publisher=[[W. H. Freeman]] |edition=Fourth |isbn=978-1-4292-1797-2|ref=harv}}
* {{chú thích tạp chí |doi=10.1073/pnas.93.2.646 |last1=Herndon |first1=J. M. |title=Substructure of the inner core of the Earth |journal=[[PNAS]] |volume=93 |issue=2 |pages=646–648 |date=1996-01-23 |pmid=11607625 |pmc=40105|bibcode=1996PNAS...93..646H |ref=harv}}
* {{chú thích tạp chí |last1=Hollenbach |first1=D. F. |title=Deep-Earth reactor: Nuclear fission, helium, and the geomagnetic field |journal=[[PNAS]] |volume=98 |issue=20 |date=2001-09-25 |doi=10.1073/pnas.201393998 |pmid=11562483 |pmc=58687 |bibcode=2001PNAS...9811085H |last2=Herndon |first2=J. M. |pages=11085–90 |ref=harv}}
* {{chú thích tạp chí |first1=Jeffrey J. |last1=Love |title=Magnetic monitoring of Earth and space |url=http://geomag.usgs.gov/downloads/publications/pt_love0208.pdf |journal=[[Physics Today]] |volume=61 |issue=2 |pages=31–37 |year=2008 |doi=10.1063/1.2883907|bibcode=2008PhT....61b..31H |ref=harv}}
* {{chú thích tạp chí |last1=Luhmann |first1=J. G. |last2=Johnson |first2=R. E. |last3=Zhang |first3=M. H. G. |title=Evolutionary impact of sputtering of the Martian atmosphere by O<sup>+</sup> pickup ions |journal=[[Geophysical Research Letters]] |volume=19 |issue=21 |pages=2151–2154 |year=1992|ref=harv|bibcode=1992GeoRL..19.2151L |doi=10.1029/92GL02485}}
* {{chú thích sách |first=Ronald T. |last=Merrill |year=2010 |title=Our Magnetic Earth: The Science of Geomagnetism|publisher=[[University of Chicago Press]]|isbn=0-226-52050-1|ref=harv}}
* {{chú thích sách |last=Merrill|first=Ronald T.|last2=McElhinny|first2=Michael W.|last3=McFadden|first3=Phillip L.|title=The magnetic field of the earth: paleomagnetism, the core, and the deep mantle|publisher=[[Academic Press]]|year=1996|isbn=978-0-12-491246-5|ref=harv}}
* {{chú thích web |url=http://www.newton.dep.anl.gov/askasci/gen99/gen99256.htm |title=Temperature of the Earth's core |work=NEWTON Ask a Scientist |year=1999 |ref=harv}}
* {{chú thích sách |last=Tauxe |first=Lisa |title=Paleomagnetic Principles and Practice |publisher=[[Kluwer]] |year=1998 |isbn=0-7923-5258-0 |ref=harv}}
* {{chú thích tạp chí |first1=J. N. |last1=Towle |title=The Anomalous Geomagnetic Variation Field and Geoelectric Structure Associated with the Mesa Butte Fault System, Arizona |journal=Geological Society of America Bulletin |volume=9 |pages=221–225 |year=1984 |doi=10.1130/0016-7606(1984)95<221:TAGVFA>2.0.CO;2|ref=harv |issue=2|bibcode=1984GSAB...95..221T}}
* {{chú thích tạp chí |first1=James R. |last1=Wait |author1-link=James R. Wait |year=1954 |title=On the relation between telluric currents and the earth's magnetic field |journal=Geophysics |volume=19 |pages=281–289 |doi=10.1190/1.1437994|bibcode=1954Geop...19..281W |ref=harv |issue=2}}
* {{chú thích sách |first1=Martin |last1=Walt |author1-link=Martin Walt |year=1994 |title=Introduction to Geomagnetically Trapped Radiation |publisher=[[Cambridge University Press]] |isbn=978-0-521-61611-9|ref=harv}}
{{refend}}

== Liên kết ngoài ==
{{Commons|Earth's magnetic field}}
* ''[http://geomag.usgs.gov USGS Geomagnetism Program]. Real time monitoring of the Earth's magnetic field''. U.S. Department of the Interior, U.S. Geological Survey, ngày 17 tháng 2 năm 2005.
* ''[http://www.ngdc.noaa.gov/geomag Geomagnetism]''. National Geophysical Data Center, [[NOAA]]. tháng 4 năm 2009.
* ''[http://www.geomag.bgs.ac.uk BGS Geomagnetism]''. Information on monitoring and modelling the geomagnetic field. British Geological Survey, tháng 8 năm 2005.
* William J. Broad, "''[http://www.nytimes.com/2004/07/13/science/13magn.html?ex=1247457600&en=e8f37e14d213ba16&ei=5090&partner=rssuserland Will Compasses Point South]?''". [[The New York Times|New York Times]], ngày 13 tháng 7 năm 2004.
* John Roach, "''[http://news.nationalgeographic.com/news/2004/09/0927_040927_field_flip.html Why Does Earth's Magnetic Field Flip]?''". National Geographic, ngày 27 tháng 9 năm 2004.
* "''[http://www.pbs.org/wgbh/nova/magnetic/ Magnetic Storm]''". [[PBS]] [[NOVA]], 2003. (''ed''. about pole reversals)
* "''[http://www.psc.edu/science/Glatzmaier/glatzmaier.html When North Goes South]''". Projects in Scientific Computing, 1996.
* "''[http://www.bartol.udel.edu/~kowocki/ 3D Earth Magnetic Field Charged-Particle Simulator]''" Tool dedicated to the 3d simulation of charged particles in the magnetosphere.. [VRML Plug-in Required]
* {{chú thích web| last = Stern| first = David P.| date = ngày 8 tháng 7 năm 2005 | url = http://www-spof.gsfc.nasa.gov/Education/wmap.html| title = Exploration of the Earth's Magnetosphere| publisher = NASA | accessdate = ngày 21 tháng 3 năm 2007}}
* [http://blackandwhiteprogram.com/interview/dr-dan-lathrop-the-study-of-the-earths-magnetic-field - Interview with Dr. Dan Lathrop, Geophysicist at the University of Maryland, about his experiments with the Earth's core and magnetic field]. 7 - 3 - 2008
{{Từ quyển}}
{{Trái Đất}}
{{Khoa học Trái Đất}}
{{vật lý}}
{{Địa chất}}
{{Địa vật lý|state=collapsed}}

[[Thể loại:Địa vật lý]]
[[Thể loại:Vật lý học]]
[[Thể loại:Khoa học Trái Đất]]
[[Thể loại:Khoa học hành tinh]]
[[Thể loại:Từ học]]
[[Thể loại:Địa từ]]