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 от года 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 в год, 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 — из года в год, 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. Ее не могут разрушить даже магнитные поля, в десятки и сотни раз превышающие МПЗ. Вот именно эта намагниченность сохраняется в породе до тех пор, пока не разрушатся сами ферромагнитные зерна. По ней мы и узнаем как величину, так и направление МПЗ в те отдаленные времена, когда шел собственно процесс образования породы.
Сведения о геомагнитном поле Земли за последние тысячелетия дают нам и археологические раскопки. Изделия из обожженной глины — печи, кирпичи, черепица, посуда — сохранили и донесли до нас «магнитную информацию». Возраст породы магнитологи определяют геологическими методами, а истинный возраст керамических изделий — по историческим документам.
Палеомагнитные исследования привели к одному очень важному открытию. Два коллектива ученых — один из Национального университета Австралии в Канберре, а другой из Управления геологической съемки США в Менло-Парк (Калифорния) — нашли подтверждение гипотезы о том, что магнитные полюса Земли в прошлом имели другие «местожительства», а порой могли даже меняться своими местами.
