Maan magneettikenttä

Maan magneettikenttä on maapalloa ympäröivä kaksinapainen magneettikenttä, joka ulottuu useita kymmeniä tuhansia kilometrejä avaruuteen magnetosfäärinä. Maan magneettikenttä aiheutuu Maan ytimen nestemäisen ulko-osan virtauksissa ja pyörteissä liikkuvista sähkövarauksista. Magneettikenttä on dipolikenttä, mutta mukana on myös multipolikenttiä. Näiden lisäksi yksi prosentti on ulkosyntyistä, lähinnä Auringon aiheuttamaa kenttää. Maan magneettikenttä on muuttuvainen ja vaihtaa napaisuuttaan keskimäärin kolme kertaa miljoonassa vuodessa. Maan magneettikenttä suojaa Maata aurinkotuulta vastaan ja ohjaa Auringosta tulevia hiukkasia napa-alueille, missä ne aiheuttavat revontulia.

Magneettikenttää ja muita Maan magneettisia ilmiöitä tutkiva tieteenala on geomagnetismi. Maan muinaista magneettikenttää tutkii paleomagnetismi.

Synty ja rakenne
Maan magneettikenttä alkaa maapallon nestemäisessä ulkoytimessä 2 900–5 100 kilometrin syvyydessä, missä syntyy miljardien ampeerien suuruisia sähkövirtoja. Niiden aiheuttama magneettikenttä ulottuu maapallon ulkopuolelle kauas avaruuteen.

Maapallon ytimen dynamo on monimutkainen itseään ylläpitävä prosessi. Siinä toisiaan ruokkivat sähköä johtavan nesteen pyörteinen virtailu, nesteessä kulkevat sähkövirrat ja niihin liittyvä magneettikenttä. Radioaktiivisten aineiden hajoamisen tuottama lämpö pitää ytimen sulana ja antaa energiaa nesteen virtauksille. Maapallon pyöriminen ja siihen liittyvä coriolisvoima vääntää nesteen virtaukset oikealla tavalla pyörteisiksi.

Maapallon pinnan rautamalmit ja muut pintakerrosten magneettiset aineet aiheuttavat lisäksi pienen osan magneettikentästä, kuten pysyvät paikalliset poikkeamat kentän suunnassa ja suuruudessa.

Maapalloa ympäröi magneettikehä eli magnetosfääri, joka syntyy magneettikentästä aurinkotuulen virtauspaineen muovaamana. Se ulottuu Auringon suunnassa noin 10 Maan säteen päähän ja vastakkaisessa suunnassa kymmeniä kertoja kauemmas. Aurinkotuulen ja maapallon magneettikentän vuorovaikutuksessa syntyvien voimakkaiden sähkövirtojen magneettiset vaikutukset näkyvät Maassa magneettikentän muutoksina eli magneettisina myrskyinä.

Maan magneettikenttä on melko tarkasti kaksinapainen eli dipolikenttä. Maan magneettiset navat sijaitsevat lähellä maantieteellisiä napoja siten, että fysikaalisesti magneettinen pohjoisnapa sijaitsee lähellä maantieteellistä etelänapaa ja päinvastoin. Yleiskielessä magneettisella pohjoisnavalla kuitenkin yleensä tarkoitetaan sitä napaa, joka sijaitsee lähellä maantieteellistä pohjoisnapaa. Tarkemmin sanottuna se sijaitsi vuonna 2005 pisteessä  Kanadan arktisen saariston pohjoisosassa noin 1 000 km:n päässä maantieteellisestä pohjoisnavasta ja liikkuu vuosittain noin 40 kilometriä luoteeseen. Magneettikentän suunnan ja maantieteellisen pohjoissuunnan välinen kulma (eranto) oli vuonna 2008 Suomen alueella eri paikoissa 6–12,5 astetta. Koska magneettiset navat ovat melko lähellä maantieteellistä pohjois-ja etelänapaa, Maan magneettikentästä on ollut hyötyä suunnistuksessa.

Muuttuminen 

Maan magneettikenttä ei ole staattinen. Se on heikentynyt 1800-luvun alun ja vuoden 2020 välillä keskimäärin yhdeksän prosenttia, eniten Etelä-Atlantilla.

Maan magneettikentän navat vaeltavat useita kilometrejä vuodessa. Navat eivät ole täsmälleen vastakkaisilla puolilla maapalloa ja liikkuvat toisistaan riippumatta. Tällä hetkellä magneettinen etelänapa on kauempana etelänavasta kuin magneettinen pohjoisnapa on pohjoisnavasta. Pohjoisessa sijaitseva napa liikkuu nykyään noin 40 kilometriä vuodessa luoteeseen. Se sijaitsi 1900-luvun puolivälissä Walesin prinssin saarella, mutta nykyään hieman Ellesmerensaaren länsipuolella.

Paleomagneettisten tutkimusten avulla on päätelty, että viimeisen 330 miljoonan vuoden aikana maan magneettikenttä on vaihtanut napaisuuttaan yli 400 kertaa. Keskimäärin maan magneettikenttä vaihtaa napaisuuttaan 700 000 vuoden välein. Vaihteluväli on kuitenkin epäsäännöllinen, alle 100 000 vuodesta kymmeniin miljooniin vuosiin. Viimeisin napaisuuskäännös tapahtui noin 780 000 vuotta sitten. Vaihdoksen aiheuttavaa mekanismia ei tunneta kunnolla, mutta vaihdos ei ole äkillinen vaan kestää arviolta 1 000 vuodesta 8 000 vuoteen. Napaisuuskäännöksen aikana Maan magneettikentässä saattaa olla useampia napoja.

Katso myös 
 Eksymä
 Paleomagnetismi
 Magnetometri
 Magneettiaisti

Lähteet

Aiheesta muualla 

 Heikki Nevanlinna: Geomagnetismin ABC-kirja, Ilmatieteen laitos, Raportteja 2009:1, Helsingissä 9.4.2009 (pdf)
 David P. Stern: The Great Magnet, the Earth – William Gilbertin De Magneten juhlavuosi 
 USGS Geomagnetism Program 
 Geomagnetism 
 The British Geological Survey (BGS): International Geomagnetic Reference Field (IGRF) 
 The British Geological Survey (BGS): World Magnetic Model 2020 Calculator 

Magneettikenttä
Magnetismi
Seulonnan keskeiset artikkelit

eo:Geomagnetiko
ro:Geomagnetism
tr:Jeomanyetizma