Từ trường Trái đất là gì?

Từ trường Trái đất, còn được gọi là trường địa từ, được tạo ra bên trong Trái đất. Từ trường này mở rộng ra không gian, tạo ra một vùng được gọi là từ quyển (magnetosphere).

Từ trường của Trái đất có thể được hình dung nếu bạn tưởng tượng một thanh nam châm lớn bên trong Trái đất, gần như thẳng hàng với trục Trái đất. Mỗi đầu của nam châm nằm tương đối gần (khoảng 10 độ) so với cực bắc và cực nam địa lý. Các đường sức từ vô hình của Trái đất chuyển động theo một vòng khép kín, liên tục ở mỗi cực từ.

Nguyên nhân tạo từ trường Trái đất

Để hiểu cách thức hình thành từ trường của Trái đất, chúng ta cần hiểu qua cấu trúc bên trong Trái đất.

Trái đất bao gồm các lớp: lớp vỏ bề mặt, lớp phủ silicat, lõi ngoài và lõi trong. Càng đi sâu vào trong lõi Trái đất, nhiệt độ và áp suất đều tăng. Lõi bên trong chủ yếu là sắt và một tỉ lệ nhỏ các nguyên tố nhẹ hơn. Lõi bên ngoài ở dạng lỏng, chuyển động liên tục do sự quay của Trái đất. Chúng ta biết điều này nhờ sử dụng phương pháp chụp cắt lớp địa chấn từ trận động đất.

Các nhà khoa học vẫn chưa biết chính xác những gì tạo ra từ trường của Trái đất. Nhưng cách giải thích sau đây phổ biến hơn cả.

Việc tạo ra từ trường Trái đất xảy ra sâu bên trong Trái đất. Do chuyển động của phần lõi rắn bên trong, năng lượng từ sắt nóng chảy, làm nóng lớp chất lỏng bên ngoài, tạo ra dòng đối lưu. Lõi chất lỏng này chứa các ion, hoặc các hạt tích điện. Sự chuyển động của các hạt tích điện này bên trong Trái đất được cho là tạo ra từ trường của Trái đất. Theo National Geographic, để một hành tinh có thể tạo ra từ trường riêng, nó phải có những đặc điểm sau:

+ Hành tinh quay đủ nhanh.

+ Bên trong hành tinh phải có môi trường chất lỏng.

+ Chất lỏng bên trong phải có khả năng dẫn điện.

+ Lõi bên trong phải có nguồn năng lượng để đẩy dòng đối lưu bên trong chất lỏng chuyển động với tốc độ vừa đủ và kiểu dòng chảy thích hợp.

Từ trường Trái đất có vai trò thế nào?

Từ trường Trái đất mở rộng ra không gian, tạo ra một vùng gọi là từ quyển, được xem như một lá chắn bảo vệ bầu khí quyển. Vai trò quan trọng này giúp các sinh vật trên bề mặt Trái đất có thể sinh sống, tồn tại được.

Nếu không có từ quyển, gió Mặt trời sẽ xói mòn bầu khí quyển, làm Trái đất mất đi không khí mà con người hít thở mang lại sự sống. Nếu không có từ quyển, Trái đất sẽ tiếp xúc với bức xạ vũ trụ và bức xạ có hại từ Mặt trời, ảnh hưởng đến sự sống trên Trái đất. Từ quyển sẽ làm chệch hướng các hạt tích điện từ bức xạ Mặt trời, đẩy năng lượng có hại ra khỏi Trái đất.

Nhưng lá chắn bảo vệ của Trái đất không hoàn toàn bất khả chiến bại. Trong các sự kiện thời tiết không gian đặc biệt mạnh, như gió mặt trời mạnh hoặc sự phun trào nhật hoa (coronal mass ejections, viết tắt là CME) lớn, từ trường Trái đất bị xáo trộn và bão địa từ có thể xâm nhập từ quyển, dẫn đến mất điện và vô tuyến trên diện rộng, cũng như gây nguy hiểm cho các phi hành gia và vệ tinh quay quanh Trái đất.

Năm 1859, một cơn bão mặt trời lớn được gọi là sự kiện Carrington đã gây ra sự cố hệ thống điện báo trên diện rộng. Năm 1989, một CME đi kèm một ngọn lửa mặt trời, khiến toàn bộ tỉnh Quebec, Canada rơi vào tình trạng mất điện kéo dài khoảng 12 giờ, theo NASA.

Từ trường Trái đất thay đổi theo thời gian

Trái đất có hai loại cực là cực địa lý (geographic pole) và cực từ (magnetic pole).

Cực bắc và cực nam địa lý là nơi các đường kinh độ hội tụ. Cực bắc địa lý nằm ở giữa Bắc Băng Dương, ở phần đỉnh của Trái đất, cực nam địa lý nằm ở Nam cực.

Trong khi đó, các cực từ nằm ở nơi các đường sức từ đi vào và đi ra Trái đất. Đường sức từ đi ra từ nam bán cầu và đi vào bắc bán cầu của Trái đất. Nó không khớp với cực bắc và cực nam địa lý của Trái đất, thực tế là cách khoảng 310 dặm (500 km)! Khi kim của la bàn hướng về phía bắc, có nghĩa là hướng tới cực bắc từ, chứ không phải cực bắc địa lý.

Không giống như các cực địa lý, các cực từ của Trái đất không cố định và có xu hướng thay đổi theo thời gian. Theo Science Daily, chỉ trong 200 triệu năm qua, các cực từ của Trái đất đã “đảo ngược” hàng trăm lần, trong quá trình này, hướng bắc trở thành hướng nam và hướng nam trở thành hướng bắc.

Không có bất kỳ mô hình nào cho sự đảo ngược cực từ. Sự đảo ngược từ tính này xảy ra không đều đặn khiến rất khó đoán, cứ sau khoảng 200.000 đến 300.000 năm một lần, hoặc lâu hơn. Sự đảo ngược cực từ của Trái đất gần đây nhất xảy ra khoảng 790.000 năm trước.