Дипольное поле Земли обладает азимутальной симметрией: магнитные меридианы идут от одного полюса к другому по дугам большого круга, а магнитные широты — параллельно магнитному экватору. Магнитные полюсы сдвинуты относительно географических, поэтому наклон магнитной оси к оси вращения планеты составляет 11,5°.
На земном шаре имеются области, где реальное магнитное поле отличается от дипольного. Это — мировые или континентальные магнитные аномалии, названные так потому, что они простираются на расстояния до нескольких тысяч километров и соизмеримы с площадью континентов. Две такие аномалии — положительная и отрицательная — расположены в северном полушарии, две другие — в южном, а одна — на экваторе. Центры аномалий, а также вся картина изолиний смещается к западу.
Это западный дрейф геомагнитного поля. Скорость его составляет 0,2° в год.
Понятно, что ни в одной оболочке Земли, кроме жидкого ядра, не может происходить перемещение вещества с такой скоростью. Значит, мировые аномалии связаны с жидким ядром и являются органической частью главного геомагнитного поля, генерируемого в жидком ядре.
Магнитное поле Земли имеет два полюса. Южный расположен у берегов Северной Америки (??70° южной широты, ??150° восточной долготы). Как оказалось, геомагнитное поле асимметрично.
Известно, что в результате определенных процессов, главным образом в ядре Земли, магнитные полюса планеты постоянно перемещаются, то есть направление, которое указывает компас в данной точке земной поверхности, год отгода меняется. Магнитное склонение, то есть разницу между географическим меридианом и направлением магнитной стрелки, приходится все время уточнять.
Сейчас Северный магнитный полюс движется на север со средней скоростью около 10 километров вгод, хотя иногда за одни сутки он может преодолевать до 80 километров.
Примерно раз в десятилетие положение магнитных полюсов Земли приходится определять заново, после чего ученые составляют новые карты, необходимые, в частности, для навигации. Так, например, в 1970-х годах Северный магнитный полюс располагался примерно в центре острова Батерст (архипелаг Парри), а до того — много южнее, на полуострове Бутия (и тот и другой находятся в пределах северо-западной территории Канады).
Заметим, что за последние 100 миллионов лет напряженность МПЗ не изменилась и лишь колеблется в пределах, обусловленных вариациями магнитного момента Земли.
Единственный процесс, способный создавать наблюдаемое на поверхности Земли знакопеременное поле с колебаниями типа так называемых вековых вариаций — это некое подобие «динамо-машины».
Механизм динамо, действующий в земном ядре, носит название гидромагнитного динамо. Основан он на взаимодействии двух типов магнитных полей и двух типов движений — суточного вращения и конвективных вихреобразных перемещений вещества в жидком ядре Земли.
Магнитное поле — это, во-первых, магнитное поле, которое мы наблюдаем на поверхности Земли, а, во-вторых, два замкнутых кольца силовых линий (северное и южное), параллельных экватору.
Направление кругового магнитного поля северного кольца противоположно направлению южного кольца.
Взаимодействие внешнего поля с суточным вращением порождает тороидальное (внутреннее) магнитное поле, а взаимодействие конвективных вихрей с тороидальными полями создает внешнее магнитное поле.
Для работы «динамо-машины» необходимо, чтобы присутствовали все рассмотренные виды движения и какое-то начальное поле. В качестве последнего может служить межпланетное магнитное поле.
Предположение о работе такого механизма в ядре Земли ведет к довольно четким представлениям как о самом ядре, так и о происходящих в нем процессах. Ясно, что в ядре происходят конвективные движения. Можно установить пределы скоростей этих движений и некоторых физических постоянных самого ядра (электропроводность, вязкость). Судя по неизменности характеристик геомагнитного поля, резонно предположить, что оно за миллиард лет не претерпело существенной эволюции.
Одна из ярких и замечательных особенностей МПЗ — изгода вгод, из столетия в столетие оно монотонно изменяется. Изучение его так называемых «вековых вариаций» с широким спектром периодов — от десятков лет до десятков тысячелетий — едва ли не одна из главных задач магнитологов.
Наиболее важную роль в развитии геомагнетизма сыграли новые направления этой науки — палеомагнетизм и археомагнетизм, позволившие «прочесть» историю геомагнитного поля за миллиард лет.
Известно, что все вещества так или иначе намагничиваются в присутствии магнитного поля, но только ферромагнетики способны частично сохранять приобретенную намагниченность после прекращения действия поля. Намагниченность ферромагнетиков — ее величина и стабильность — зависят не только от особенностей намагничивающего поля, но и от условий, в которых происходит намагничивание.
Чем меньше по интенсивности намагничивающее поле, тем большую роль играют присутствующие при этом внешние условия. И среди них наиболее существенным фактором является температура.
Породы, излившиеся на поверхность Земли при температуре 800 °C или выше и остывшие в магнитном поле до обычных (атмосферных) температур, приобретают термоостататочную намагниченность.