Người ta cho rằng, từ trường có liên quan đến các quá trình diễn ra sâu dưới lớp vỏ Trái đất. Lõi của Trái Đất chứa kim loại. Hơn nữa, lõi trong của nó là một quả cầu chủ yếu ở dạng rắn, và lõi ngoài chứa chất lỏng. Do chênh lệch nhiệt độ và áp suất giữa hai lõi xảy ra sự đối lưu, dòng chảy của sắt nóng tạo ra dòng điện và tạo thành từ trường bảo vệ bề mặt hành tinh chúng ta và mọi sinh vật khỏi bức xạ mặt trời và bức xạ vũ trụ nguy hiểm.
Nói một cách đơn giản, Trái đất là một lưỡng cực từ, mà trục của nó không hoàn toàn trùng khớp với trục quay của hành tinh. Một đường thăng tưởng tượng nối hai cực tạo thành một góc khoảng 11,3° so với trục quay của Trái Đất.
Nhưng, Trái đất không phải là một lưỡng cực lý tưởng. Từ trường của hành tinh không đồng nhất, có những dị thường do đặc điểm của cấu trúc sâu dưới lòng đất và mức độ từ hóa khác nhau của các loại đá trong lớp vỏ trái đất. Dị thường lớn nhất là vùng dị thường Nam Đại Tây Dương kéo dài từ Nam Phi đến Brazil.
Từ quyển của Trái Đất hành động xảo quyệt
Vào ngày 1 tháng 6 năm 2009, một chiếc máy bay của Air France đang bay từ Rio de Janeiro đến Paris đã biến mất khỏi radar. Một vài tháng sau đó, những mảnh vỡ của nó đã được phát hiện dưới lòng đại dương. Theo một giả thuyết, sự cố đã xảy ra do lỗi thiết bị trong vùng dị thường Nam Đại Tây Dương.
Khi từ trường trong trạng thái bình thường, các hạt tích điện của tia vũ trụ và gió mặt trời - electron và proton – bắt đầu giảm tốc độ ở khoảng cách 60 nghìn km so với bề mặt Trái đất và không thể tiến gần hơn 1300-1500 km. Đây được coi là ranh giới của vành đai bức xạ. Và chỉ trong khu vực dị thường Nam Đại Tây Dương, các hạt tích điện của tia vũ trụ có thể đến gần Trái đất ở khoảng cách 200 km.
Điều này đặc biệt nguy hiểm đối với các vệ tinh có quỹ đạo thấp và kính viễn vọng không gian – các thiết bị này được bố trí ở độ cao này.
Kết quả là, thiết bị điện tử không được bảo vệ có thể gặp trục trặc. Ví dụ, vào năm 2007, các vệ tinh liên lạc Globalstar thế hệ đầu tiên của Mỹ đã bị ngắt kết nối. Năm 2016, vệ tinh Hitomi của Cơ quan Hàng không vũ trụ Nhật Bản được đưa lên vũ trụ để quan sát các tia X đã bị mất tích. Khi kính thiên văn không gian Hubble bay trên vùng dị thường Nam Đại Tây Dương, nó được đưa vào chế độ ngủ.
Những thay đổi bất thường trên trái đất
Vào năm 2013, ESA đã phóng chòm vệ tinh Swarm để nghiên cứu từ trường hành tinh. Ba quả vệ tinh ghi nhận tất cả các tín hiệu phát ra từ lõi, lớp phủ, lớp vỏ Trái đất và đại dương, cũng như các thông số chính của tầng điện ly và từ quyển.
Từ trường của trái đất mạnh nhất ở gần hai cực. Điểm yếu nhất là trong vùng dị thường Nam Đại Tây Dương. Các phép đo khoa học do các vệ tinh Swarm thực hiện đã chỉ ra rằng, các biểu hiện dị thường của từ trường đang gia tăng.
Trang web ESA thông báo rằng, từ năm 1970 đến năm 2020, ranh giới vùng dị thường Nam Đại Tây Dương đã dịch chuyển về phía tây với tốc độ 20 km/năm, và cường độ từ trường ở khu vực này đã giảm từ khoảng 24.000 xuống còn 22.000 nanotesla. Các chuyên gia ước tính rằng, do sự mở rộng của vùng dị thường Nam Đại Tây Dương, từ trường yếu đi 9% trong hai thập kỷ qua, và bây giờ quá trình này đã tăng tốc - sức căng giảm 5% trong một thập kỷ.
Vài năm trước, một phần vùng dị thường này dường như tách thành một khối được gọi là "trung tâm cường độ tối thiểu thứ hai" nằm ở tây nam châu Phi. Bây giờ trên thực tế nó được chia thành hai phần – vùng dị thường Brazil và vùng dị thường Cape Town. Điều này có nghĩa là sẽ sớm xuất hiện một khu vực khác đe dọa sự an toàn của các vệ tinh và trạm vũ trụ.
Các nhà khoa học chưa thể giải thích nguyên nhân của sự thay đổi nhanh chóng như vậy trong từ trường ở phần này của địa cầu. Theo một giả thuyết: dưới phần phía nam của châu Phi, tại ranh giới lõi-lớp phủ, có một phần với cực từ đảo ngược, tạo ra hiện tượng bất thường. Ở đây, ở độ sâu khoảng 2900 km, có một tảng đá dày đặc, mà các nhà địa vật lý gọi là lớp đá có tốc độ di chuyển thấp, còn các nhà địa chất gọi đó là siêu hạt (superplume). Có lẽ, vì một số nguyên nhân, tảng đá này bắt đầu di chuyển, ảnh hưởng đến vùng dị thường.
Hai "giọt" phía bắc làm dịch chuyển cực từ của địa cầu
Trong hai mươi năm qua, cực từ trường phía Bắc của Trái Đất cũng bắt đầu di chuyển. Hiện tượng này tạo ra nhiều vấn đề nghiêm trọng đối với các hệ thống điều hướng ở các cấp độ khác nhau - từ vận chuyển hàng hải đến bản đồ Google trên điện thoại thông minh, vì tất cả các thiết bị này đều dựa trên tọa độ địa lý chính xác của cực từ được chỉ bởi mũi kim của bất kỳ la bàn nào.
Dữ liệu địa vật lý từ các vệ tinh đã giải thích hiện tượng này. Hóa ra, nguyên nhân chính ở đây cũng là dị thường, trong trường hợp này là dị thường tích cực. Một trong những vùng có từ trường mạnh có hình giọt nước nằm dưới phía Bắc Canada, vùng thứ hai - dưới thềm Siberia. "Giọt nước" của Canada bắt đầu giảm, còn “giọt nước” Siberia bắt đầu tăng, làm cho cực bắc từ của Trái Đất di chuyển từ Canada về phía Siberia.
Những dị thường cục bộ
Vào những năm 1960-1970, NASA đã phóng một loạt các vệ tinh để nghiên cứu từ trường của Trái đất. Sau khi xử lý kết quả, các chuyên gia từ Trung tâm bay không gian Goddard đã lập bản đồ từ hóa bề mặt Trái đất, trên đó chỉ có các dị thường liên quan đến đặc điểm cấu tạo lớp đá của vỏ trái đất, mà không tính đến trường lưỡng cực của hành tinh chúng ta.
Bản đồ cho thấy lớp vỏ đại dương mỏng hơn và trẻ hơn ít bị nhiễm từ hơn so với lớp vỏ dày và cổ của các lục địa. Nhưng, có cả những chi tiết thú vị.
Những dị thường cục bộ trong từ trường trên các lục địa có liên quan đến những đặc điểm của phần trên của lớp vỏ đất - độ sâu của tầng hầm tinh thể hoặc lượng đất đá chứa khoáng chất như kim loại. Ví dụ như dị thường từ tính Kursk trên lưu vực quặng sắt lớn nhất thế giới và dị thường từ tính Bangui ở Trung Phi mà nguồn gốc của nó vẫn là một bí ẩn đối với các nhà khoa học.
