โลกของเรามีสนามแม่เหล็กที่สามารถสังเกตได้เช่นด้วยเข็มทิศ ส่วนใหญ่ก่อตัวในแกนหลอมเหลวที่ร้อนจัดของดาวเคราะห์และอาจมีอยู่ตลอดช่วงอายุของโลก สนามนี้เป็นไดโพล นั่นคือ มีขั้วแม่เหล็กเหนือหนึ่งขั้วและขั้วใต้หนึ่งขั้ว ในส่วนนี้ เข็มเข็มทิศจะชี้ขึ้นหรือลงตรงๆ ตามลำดับ เป็นเหมือนสนามแม่เหล็กบนตู้เย็น อย่างไรก็ตาม สนามแม่เหล็กโลกของโลกผ่านการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ มากมาย ซึ่งทำให้การเปรียบเทียบไม่สามารถป้องกันได้ ไม่ว่าในกรณีใด อาจกล่าวได้ว่าขณะนี้มีเสาสองขั้วที่สังเกตได้บนพื้นผิวโลก: ขั้วหนึ่งอยู่ในซีกโลกเหนือและอีกขั้วหนึ่งอยู่ทางใต้
การผกผันของสนามแม่เหล็กโลกเป็นกระบวนการโดยที่ขั้วแม่เหล็กใต้หันไปทางทิศเหนือและในทางกลับกันก็กลายเป็นทิศใต้ เป็นที่น่าสนใจที่จะสังเกตว่าบางครั้งสนามแม่เหล็กสามารถเคลื่อนที่ผ่านมากกว่าการพลิกกลับ ในกรณีนี้ ความแรงโดยรวมลดลงอย่างมาก กล่าวคือ แรงที่เคลื่อนเข็มเข็มทิศ ในระหว่างการทัศนศึกษา สนามจะไม่เปลี่ยนทิศทาง แต่กลับคืนสู่สภาพเดิม กล่าวคือ ทิศเหนือยังคงเป็นทิศเหนือและทิศใต้ – ทิศใต้
ตามหลักฐานทางธรณีวิทยาพบว่าสนามแม่เหล็กโลกของเราได้กลับขั้วหลายครั้ง เห็นได้จากลวดลายที่พบในหินภูเขาไฟ โดยเฉพาะที่สกัดจากพื้นมหาสมุทร โดยเฉลี่ยแล้วในช่วง 10 ล้านปีที่ผ่านมามีการพลิกกลับ 4 หรือ 5 ครั้งต่อล้านปี ในช่วงเวลาอื่นๆ ในประวัติศาสตร์โลกของเรา เช่น ในช่วงยุคครีเทเชียส มีระยะเวลานานกว่าในการเปลี่ยนขั้วของโลก พวกเขาไม่สามารถคาดเดาได้และไม่ปกติ ดังนั้น เราสามารถพูดถึงช่วงผกผันเฉลี่ยเท่านั้น
การวัดลักษณะ geomagnetic ของเราดาวเคราะห์เหล่านี้ถูกกักไว้อย่างต่อเนื่องไม่มากก็น้อยตั้งแต่ปี ค.ศ. 1840 การวัดบางอย่างมีอายุย้อนไปถึงศตวรรษที่ 16 เช่น ที่กรีนิช (ลอนดอน) หากคุณดูแนวโน้มความแรงของสนามแม่เหล็กในช่วงเวลานี้ คุณจะเห็นการลดลง การคาดการณ์ข้อมูลล่วงหน้าจะทำให้ช่วงเวลาไดโพลเป็นศูนย์ในเวลาประมาณ 1500-1600 ปี นี่เป็นหนึ่งในเหตุผลที่บางคนเชื่อว่าสนามอาจอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการผกผัน จากการศึกษาการสะกดจิตของแร่ธาตุในหม้อดินเผาโบราณ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าในสมัยกรุงโรมโบราณมีความแข็งแรงเป็นสองเท่าในปัจจุบัน
อย่างไรก็ตาม ความแรงของสนามในปัจจุบันไม่ได้มากเป็นพิเศษต่ำในแง่ของช่วงของค่าของมันในช่วง 50,000 ปีที่ผ่านมาและเกือบ 800,000 ปีผ่านไปแล้วตั้งแต่การเปลี่ยนแปลงครั้งสุดท้ายของขั้วโลก นอกจากนี้ เมื่อพิจารณาถึงสิ่งที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้เกี่ยวกับการทัศนศึกษา และการรู้คุณสมบัติของตัวแบบทางคณิตศาสตร์ ก็ยังไม่ชัดเจนนักว่าจะคาดการณ์ข้อมูลเชิงสังเกตเป็นเวลา 1,500 ปีได้หรือไม่
บันทึกประวัติการสเปรดอย่างน้อยหนึ่งรายการหายไป ดังนั้นข้อความทั้งหมดที่สามารถทำได้จึงขึ้นอยู่กับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เป็นหลักและบางส่วนจากหลักฐานที่จำกัดจากหินที่เก็บรักษารอยประทับของสนามแม่เหล็กโบราณตั้งแต่ก่อตัว ตัวอย่างเช่น การคำนวณแนะนำว่าการกลับขั้วของโลกอย่างสมบูรณ์อาจใช้เวลาตั้งแต่หนึ่งถึงหลายพันปี มันเร็วตามมาตรฐานทางธรณีวิทยา แต่ช้าตามระดับชีวิตมนุษย์
ดังที่ได้กล่าวมาแล้วเรามีข้อมูลที่จำกัดจากการวัดทางธรณีวิทยาเกี่ยวกับรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงสนามระหว่างการผกผัน จากแบบจำลองที่คำนวณจากซูเปอร์คอมพิวเตอร์ อาจมีโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่านั้นมากบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ ซึ่งมีขั้วแม่เหล็กใต้มากกว่าหนึ่งขั้วและขั้วเหนือหนึ่งขั้ว โลกกำลังรอการ "ร่อนเร่" จากตำแหน่งปัจจุบันไปยังและข้ามเส้นศูนย์สูตร ความแรงของสนามรวม ณ จุดใด ๆ บนโลกสามารถมีค่าได้ไม่เกินหนึ่งในสิบของมูลค่าปัจจุบัน
หากปราศจากเกราะแม่เหล็ก เทคโนโลยีสมัยใหม่ก็จะเสี่ยงต่อพายุสุริยะมากขึ้น จุดอ่อนที่สุดคือดาวเทียม ไม่ได้ออกแบบให้ทนต่อพายุสุริยะในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก ดังนั้นหากดาวเทียม GPS หยุดทำงาน เครื่องบินทุกลำจะลงจอดบนพื้น
แน่นอนบนเครื่องบินเป็นตัวสำรองค่าเฉลี่ยมีวงเวียน แต่จะไม่ถูกต้องอย่างแน่นอนในระหว่างการเลื่อนขั้วแม่เหล็ก ดังนั้น แม้แต่ความเป็นไปได้ที่ดาวเทียม GPS จะล้มเหลวก็เพียงพอแล้วที่จะลงจอดเครื่องบิน มิฉะนั้นอาจสูญเสียการนำทางระหว่างการบิน
เรือจะประสบปัญหาเดียวกัน
คาดว่าในระหว่างการผกผันของสนามแม่เหล็กชั้นโอโซนของโลกจะหายไปอย่างสมบูรณ์ (และปรากฏขึ้นอีกครั้งหลังจากนั้น) พายุสุริยะขนาดใหญ่ในระหว่างการพลิกกลับอาจทำให้ชั้นโอโซนหมดสิ้นลง จำนวนผู้ป่วยมะเร็งผิวหนังจะเพิ่มขึ้น 3 เท่า ผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมดนั้นคาดเดาได้ยาก แต่ก็อาจเป็นหายนะได้เช่นกัน
ในการศึกษาชิ้นหนึ่ง พายุสุริยะขนาดมหึมาถูกระบุว่าเป็นสาเหตุที่เป็นไปได้ของการผกผันของขั้ว ในอีกกรณีหนึ่ง ภาวะโลกร้อนจะเป็นสาเหตุของเหตุการณ์นี้ และอาจเกิดจากกิจกรรมที่เพิ่มขึ้นของดวงอาทิตย์ ในระหว่างการพลิกกลับ สนามแม่เหล็กจะไม่ได้รับการปกป้อง และหากเกิดพายุสุริยะขึ้น สถานการณ์จะยิ่งเลวร้ายลงไปอีก ชีวิตบนโลกของเราจะไม่ได้รับผลกระทบโดยรวม และสังคมที่ไม่พึ่งพาเทคโนโลยีก็จะไม่เป็นไร แต่โลกในอนาคตจะทุกข์ทรมานอย่างมากหากการพลิกกลับเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว กริดไฟฟ้าจะหยุดทำงาน (สามารถปิดการใช้งานโดยพายุสุริยะขนาดใหญ่ และการผกผันจะมีผลกระทบมากขึ้น) หากไม่มีไฟฟ้า จะไม่มีน้ำประปาและท่อน้ำทิ้ง ปั๊มน้ำมันจะหยุดทำงาน และเสบียงอาหารจะหยุด ความสามารถในการดำเนินการของบริการฉุกเฉินจะมีปัญหาและจะไม่สามารถมีอิทธิพลต่อสิ่งใดได้ หลายล้านคนจะต้องตาย และอีกหลายพันล้านคนจะต้องเผชิญกับปัญหาใหญ่หลวง เฉพาะผู้ที่ตุนอาหารและน้ำไว้ล่วงหน้าเท่านั้นที่จะสามารถรับมือกับสถานการณ์ได้
สนามแม่เหล็กโลกของเรามีหน้าที่ในการปิดกั้นประมาณ 50% ของรังสีคอสมิก ดังนั้น หากไม่มีมัน ระดับของรังสีคอสมิกจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า แม้ว่าสิ่งนี้จะนำไปสู่การกลายพันธุ์ที่เพิ่มขึ้น แต่ก็จะไม่ส่งผลร้ายแรง ในอีกทางหนึ่ง สาเหตุที่เป็นไปได้ประการหนึ่งของการเลื่อนขั้วคือการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมสุริยะ สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของจำนวนอนุภาคที่มีประจุถึงโลกของเรา ในกรณีนี้ โลกในอนาคตจะตกอยู่ในอันตรายอย่างใหญ่หลวง
ภัยธรรมชาติ หายนะไม่น่าเป็นไปได้สนามแม่เหล็กโลกตั้งอยู่ในพื้นที่ที่เรียกว่าสนามแม่เหล็กซึ่งเกิดขึ้นจากการกระทำของลมสุริยะ แมกนีโตสเฟียร์ไม่เบี่ยงเบนอนุภาคพลังงานสูงทั้งหมดที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาพร้อมกับลมสุริยะและแหล่งอื่น ๆ ในดาราจักร บางครั้งดาวของเราทำงานเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น เมื่อมีหลายจุดบนดาวดวงนั้น และมันสามารถส่งเมฆอนุภาคไปในทิศทางของโลกได้ ในช่วงที่เกิดเปลวสุริยะและมวลโคโรนัลพุ่งออกมา นักบินอวกาศในวงโคจรระดับพื้นต่ำอาจต้องการการปกป้องเพิ่มเติมเพื่อหลีกเลี่ยงปริมาณรังสีที่สูงขึ้น ดังนั้นเราจึงรู้ว่าสนามแม่เหล็กของโลกของเราให้การปกป้องจากรังสีคอสมิกเพียงบางส่วนและไม่สมบูรณ์ นอกจากนี้ อนุภาคพลังงานสูงยังสามารถเร่งความเร็วในสนามแม่เหล็ก
บนพื้นผิวโลกชั้นบรรยากาศทำหน้าที่เหมือนเป็นชั้นป้องกันเพิ่มเติมที่หยุดทั้งหมด ยกเว้นการแผ่รังสีสุริยะและกาแล็กซี่ที่กระฉับกระเฉงที่สุด หากไม่มีสนามแม่เหล็ก บรรยากาศจะยังคงดูดซับรังสีส่วนใหญ่ เปลือกอากาศปกป้องเราอย่างมีประสิทธิภาพเท่ากับชั้นคอนกรีตหนา 4 เมตร
มนุษย์และบรรพบุรุษของพวกเขาอาศัยอยู่บนโลกในเป็นเวลาหลายล้านปี ในระหว่างนั้นมีการพลิกกลับหลายครั้ง และไม่มีความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างสิ่งเหล่านั้นกับการพัฒนาของมนุษยชาติ ในทำนองเดียวกัน เวลาของการกลับรายการไม่ตรงกับช่วงเวลาการสูญพันธุ์ของสายพันธุ์ ดังหลักฐานจากประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยา
สัตว์บางชนิด เช่น นกพิราบ วาฬใช้สนามแม่เหล็กโลกเพื่อนำทาง สมมติว่าการพลิกกลับนั้นใช้เวลาหลายพันปี กล่าวคือ กินเวลานานหลายชั่วอายุคนของแต่ละสายพันธุ์ จากนั้นสัตว์เหล่านี้จะสามารถปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไปได้ดี หรือพัฒนาวิธีการนำทางอื่นๆ
แหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กนั้นอุดมไปด้วยเหล็กเป็นแกนนอกที่เป็นของเหลวของโลก มันทำการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนซึ่งเป็นผลมาจากการพาความร้อนที่อยู่ลึกเข้าไปในแกนกลางและการหมุนของดาวเคราะห์ การไหลของของไหลจะต่อเนื่องและไม่เคยหยุดแม้ในขณะเลี้ยว จะหยุดได้ก็ต่อเมื่อแหล่งพลังงานหมด ความร้อนเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของแกนของเหลวเป็นแกนแข็งที่อยู่ตรงกลางโลก กระบวนการนี้ดำเนินไปอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายพันล้านปี ในส่วนบนของแกนกลางซึ่งอยู่ต่ำกว่าระดับพื้นผิว 3000 กม. ภายใต้เสื้อคลุมหิน ของเหลวสามารถเคลื่อนที่ในแนวนอนด้วยความเร็วหลายสิบกิโลเมตรต่อปี การเคลื่อนที่ของมันข้ามเส้นแรงที่มีอยู่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า และในทางกลับกัน สิ่งเหล่านี้ทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก กระบวนการนี้เรียกว่า advection เพื่อที่จะรักษาสมดุลของการเจริญเติบโตของสนามและด้วยเหตุนี้จึงเรียกเสถียรภาพ "Geodynamo" จำเป็นต้องมีการแพร่กระจายซึ่งมี "การรั่วไหล" ของสนามจากแกนกลางและการทำลายล้าง ในที่สุด การไหลของของไหลจะสร้างรูปแบบที่ซับซ้อนของสนามแม่เหล็กบนพื้นผิวโลกโดยมีการเปลี่ยนแปลงที่ซับซ้อนเมื่อเวลาผ่านไป
การจำลอง Geodynamo บนซูเปอร์คอมพิวเตอร์แสดงให้เห็นถึงธรรมชาติที่ซับซ้อนของสนามและพฤติกรรมของมันเมื่อเวลาผ่านไป การคำนวณยังแสดงให้เห็นการกลับขั้วเมื่อขั้วของโลกเปลี่ยน ในการจำลองดังกล่าว ความแรงของไดโพลหลักจะลดลงเหลือ 10% ของค่าปกติ (แต่ไม่ใช่ศูนย์) และขั้วที่มีอยู่สามารถเคลื่อนที่ไปทั่วโลกพร้อมกับขั้วเหนือและขั้วใต้ชั่วคราวอื่นๆ
แกนด้านในที่เป็นเหล็กแข็งของโลกของเราในรูปแบบเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการจัดการกระบวนการกลับรายการ เนื่องจากสถานะของแข็ง จึงไม่สามารถสร้างสนามแม่เหล็กโดยการเคลื่อนตัวได้ แต่สนามใดๆ ที่ก่อตัวขึ้นในของเหลวของแกนชั้นนอกสามารถกระจายหรือแพร่กระจายไปยังชั้นในได้ การเคลื่อนตัวของแกนกลางภายนอกดูเหมือนจะพยายามกลับด้านเป็นประจำ แต่ตราบใดที่สนามซึ่งติดอยู่ในแกนด้านในไม่กระจายในตอนแรก การเปลี่ยนแปลงที่แท้จริงของขั้วแม่เหล็กของโลกก็จะไม่เกิดขึ้น โดยพื้นฐานแล้ว แกนในต่อต้านการแพร่กระจายของสนาม "ใหม่" ใดๆ และอาจมีเพียงหนึ่งในสิบครั้งในการพลิกกลับดังกล่าวเท่านั้นที่ประสบความสำเร็จ
ควรเน้นว่าถึงแม้ผลลัพธ์เหล่านี้และมีความน่าหลงใหลในตัวเอง ไม่รู้ว่าจะนำมาประกอบกับโลกจริงได้หรือไม่ อย่างไรก็ตาม เรามีแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของสนามแม่เหล็กของโลกในช่วง 400 ปีที่ผ่านมา โดยมีข้อมูลเบื้องต้นจากการสังเกตของพ่อค้าและลูกเรือของกองทัพเรือ การอนุมานถึงโครงสร้างภายในของโลกแสดงให้เห็นถึงการเติบโตในช่วงเวลาของพื้นที่การไหลย้อนกลับที่ขอบเขตของแกนแมนเทิล ที่จุดเหล่านี้ เข็มทิศจะวางแนวเมื่อเปรียบเทียบกับบริเวณโดยรอบในทิศทางตรงกันข้าม - เข้าหรือออกจากแกนกลาง พื้นที่การไหลย้อนกลับเหล่านี้ในมหาสมุทรแอตแลนติกใต้มีหน้าที่หลักในการทำให้สนามหลักอ่อนลง พวกเขายังรับผิดชอบต่อความตึงเครียดน้อยที่สุดที่เรียกว่า Brazilian Magnetic Anomaly ซึ่งมีศูนย์กลางอยู่ที่อเมริกาใต้ ในภูมิภาคนี้ อนุภาคพลังงานสูงสามารถเคลื่อนที่เข้าใกล้โลกมากขึ้น ทำให้เกิดความเสี่ยงจากรังสีที่เพิ่มขึ้นต่อดาวเทียมในวงโคจรต่ำของโลก
ยังมีอีกมากที่ต้องทำเพื่อเพิ่มเติมเข้าใจคุณสมบัติของโครงสร้างลึกของโลกของเรา นี่คือโลกที่ความดันและอุณหภูมิใกล้เคียงกับพื้นผิวของดวงอาทิตย์ และความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์ของเราก็มาถึงขีดจำกัดแล้ว
