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 km. Cực Nam từ có toạ độ 73° Vĩ Nam và 156° Kinh Đông ở vùng Nam cực, cách cực Nam địa lý 1000 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 km dến 60.000- 80.000 km: đó là từ quyển (tầng điện ly trở lên).

Mô tả

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).[12]

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).[13] 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).[14]

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.[15]

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

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

Thành phần của từ trường Trái đất tại bề mặt được mô tả từ Mô hình Từ trường Thế giới năm 2015.[15]

• Cường độ
• Độ từ khuynh
• Độ từ thiên

Sự gần đúng lưỡng cực

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.[13] 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)..[16] 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.[12]

Cực từ trường

Các vị trí của cực từ có thể được định nghĩa theo ít nhất là hai cách: cục bộ hoặc toàn cầu.[17]

Một cách để xác định một cực là như là một điểm mà từ trường là thẳng đứng.[18] 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 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 km (370 dặm) từ vịnh Resolute năm 2001.[19] 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.