1.1.3.1.1. Máy phát điện địa từ:
Người ta thực sự tin rằng lưỡng cực chiếm khoảng 90 % từ trường Trái đất, được gây ra bởi sự từ hóa vĩnh cửu của các vật chất trong lòng đất.
Để giải thích nguồn gốc từ trường Trái đất, một số nhà vật lý đã đưa ra học thuyết dynamo nhưng thuyết này đến nay vẫn chưa thật hoàn chỉnh.
Trong địa vật lý, thuyết dynamo đề xuất một cơ chế mà theo đó một thiên thể như Trái đất hoặc một ngôi sao tạo ra từ trường. Thuyết này mô tả quá trình mà thông qua hoạt động của các chất lưu dẫn điện, đối lưu và xoay để duy trì một từ trường lâu dài qua quy mô thời gian thiên văn.
Có 3 yếu tố cần thiết cho một máy phát điện địa từ hoạt động:
- Một từ trường nguyên thủy (từ trường ban đầu). - Một chất lưu chuyển động trong từ trường.
- Một nguồn năng lượng nội bộ để truyền chuyển động đối lưu trong chất lưu. Trong trường hợp của Trái đất, từ trường được gây ra và duy trì liên tục bởi sự đối lưu của sắt lỏng trong lõi ngoài. Yêu cầu cho sự cảm ứng từ là một chất lỏng quay. Sự quay trong lõi ngoài được tạo ra bởi hiệu ứng Coriolis gây ra bởi sự quay của Trái đất. Lực Coriolis có xu hướng tổ chức các chuyển động và dòng điện vào các trục song song với trục quay .(Chất lỏng bị nhiễu loạn có xu hướng tạo thành các cột song song với trục quay gọi là cột Taylor).
Hình 1.8. Chuyển động của chất lỏng dẫn điện tạo ra từ trường.
Có thể giải thích nguồn gốc trường địa từ như sau: Sự khác biệt về nhiệt độ trong nhân lỏng của Trái đất đã làm xuất hiện các dòng đối lưu. Chuyển động của chất lỏng được duy trì bởi các dòng đối lưu này. Nếu trong nhân Trái đất có một từ trường yếu, được coi là từ trường nguyên thủy thì các dòng đối lưu nói trên sẽ có vai trò như những cuộn dây trong máy phát điện. Dòng điện nhờ đó được hình thành và chính nó đã tạo ra từ trường có cường độ lớn.
Thuyết này tuy đã được bổ sung, hoàn thiện nhưng vẫn còn nhiều điểm chưa rõ, chẳng hạn: Trong quá trình hình thành từ trường Trái đất, cần phải có từ trường nguyên thủy nhưng từ trường nguyên thủy được hình thành từ bao giờ và bằng
Manti
Lõi trong Lõi ngoài
Hình 1.9. Thang đảo cực của trường địa từ trong 5,5 triệu năm gần đây.
cách nào? Vì vậy, cách hoạt động chính xác của “máy phát điện” địa từ nội tại này và nguồn năng lượng cần thiết để nó hoạt động vẫn còn là đối tượng nghiên cứu.
1.1.3.1.2. Sự đảo cực của trường địa từ và nguồn gốc bên trong Trái đất:
Sự đảo cực là sự thay đổi hướng momen từ của Trái đất theo hướng ngược lại, trong đó các cực từ của Trái đất đổi chỗ cho nhau.
Có thể nghiên cứu sự thay đổi từ trường Trái đất qua thời gian rất dài bằng cách đo từ tính vốn có và yếu của đáy đại dương ở bất kì phía nào của dãy núi Mid-Atlantic. Đáy này được phủ bởi chất lắng đọng do mac-ma rỉ ra từ đỉnh núi. Chất mac-ma rắn lại lan ra với mức độ vài cm trong một năm. Từ tính yếu của mac-ma đông cứng này lưu lại một bản ghi tức thời của từ trường Trái đất ở thời điểm rắn lại của mac-ma, và như vậy cho phép ta nghiên cứu hướng và độ lớn của từ trường Trái đất trong quá khứ xa xôi.
Những nghiên cứu này cho ta thấy là trường địa từ cứ mỗi triệu năm hoặc cỡ như thế lại thay đổi hoàn toàn hướng của nó.
Tên các giai đoạn phân cực được đặt theo tên các nhà khoa học có nhiều đóng góp trong nghiên cứu địa từ và khoa học Trái đất. Hình 1.9 mô cực địa từ trong suốt kỷ nguyên Cenozoic. Vùng tối biểu thị thời gian có phân
cực phù hợp với phân cực hiện tại. Vùng sáng biểu thị thời gian có phân cực ngược với phân cực hiện tại. Trong từng giai đoạn, nhiễm từ thuận hay ngược chỉ là đặc trưng chủ yếu, vẫn có những lần đảo cực có thời gian rất ngắn trong từng giai đoạn.
Việc phát hiện ra hiện tượng đảo cực cho thấy là trong nhân của Trái đất nhất định phải tồn tại các chuyển động dạng xoáy đối lưu, hướng của nó sẽ được điều chỉnh bởi hoạt động quay của Trái đất. Nói cách khác, tính hiện thực của hiện tượng đảo cực trong quá khứ địa chất đã chỉ ra là cơ chế dẫn đến sự hình thành trường địa từ chỉ có thể là do những hệ thống dòng điện trong nhân của Trái đất.