Vì sao trái đất lại có từ trường?

Nguồn gốc từ trường của Trái đất là một loạt vấn đề phức tạp, nan giải và có thể nói là chưa được giải quyết một cách triệt đế. Đê giải thích hiện tượng này của Trái đất, nhiều giả thuyết của các nhà khoa học đã được đặt ra. Có thế nêu tóm tắt hai thuyết chính dưới đây:

Thuyết thứ nhất được gọi là thuyết teromagnit. Theo tính toán thì hàm lượng các kim loại íeromagnetic (kim loại dê nhiễm từ) trong vỏ Trái đất rất ít, không đủ đế tạo ra tù' trường của nó. Tuy nhiên rất có thể càng xuống sâu hàm lượng các kim loại nặng càng tăng cao, đặc biệt là trong nhân - bộ phận cấu tạo chú yếu từ tromagnetic - sắt và nikel. Sự có mặt của các khoáng chất tạo từ trường và dạng hình cầu của nhân Trái đất là tiền đề của thuyết từ trường vĩnh cửu. Theo thuyết này thì nhân Trái đất là một vật thể nhiễm từ và chính nó đã tạo nên từ trường của Trái đất.

Tuy nhiên, giả thuyết về sự nhiễm từ của nhân Trái đất không phù hợp vói nhiệt độ của nó. Theo tính toán thì nhiệt độ của nhân phải cao hon 2.000°c, tức là cao hơn nhiệt độ nóng chày của sắt và nikel rất nhiều (sắt 1.535 và nikel: 1.453°C). Nếu tính đến áp suất là nhân tố có thê làm tăng nhiệt độ nóng chảy của kim loại nói chung, thì nhiệt độ này cũng không thế thấp hơn nhiệt độ mà sắt và nikel bị nóng chảy và như vậy nếu ở trạng thái nóng chảy thì không thế sinh ra từ trường được. Ngoài ra người ta đã chúng minh được rằng lớp bên ngoài của nhân Trái đất nằm trong trạng thái lỏng mà chất mang từ cố định ở trạng thái lỏng thì không thấy có. Chính vì vậy mà thuyết này không mang tính thuyết phục và phần lớn bị bác bỏ. Ngoài ra, thu vết vừa mô tả không giải thích được vì sao nhân lại nhiễm từ được và vì sao lại thấy có sự đổi cực của từ trường cũng như hiện tượng biến đổi cường độ từ của Trái đất qua các giai đoạn phát triển khác nhau.

Thuyết thứ hai giải thích từ trường của Trái đất được gọi là thuyết điện. Quan sát cho thấy từ trường của Trái đất thay đổi mang tính chu kỳ một vài nghìn năm. Đặc điểm nàv cho phép nhiều nhà khoa học khẳng định rằng tù' trường của Trái đất liên quan mật thiết với nhân của nó chứ không phải với vò và manti. Nhân của Trái đất đặc biệt là lớp ngoài của nó do ở trạng thái lỏng nên rất linh động và phản ứng nhanh chóng với bất kỳ một lực nào tác động lên nó. Căn cứ vào tính chất này nhiều nhà khoa học cho rằng từ trường của Trái đất do dòng điện gây ra. Để tạo nên một từ trường của Trái đất cần phải có dòng điện cường độ khoảng 109 ampe. Như vậy để có từ trường trước hết phải có dòng điện. Vậy dòng điện trong Trái đất do đâu mà có?

Ngày nay các nhà khoa học đưa ra hai khả năng tạo dòng điện trong nhân Trái đất. Trước hết dòng điện có thể được tạo ra do hiệu ứng nhiệt điện. Bản chất của hiệu ứng này như sau: Nếu ta nối hai đoạn dây có thành phần khác nhau (ví dụ như đồng và kẽm) thành một vòng khép kín và tạo nên sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối nối, chẳng hạn như đốt nóng một trong hai mối nối đó, thì lập tức có một dòng điện được hình thành trong dây dẫn và tù’ đó xuất hiện một từ trường. Như vậy tại ranh giới giữa manti và nhân của Trái đất (là hai bộ phận có thành phần khác nhau) có một chỗ nào đó chênh nhau về nhiệt độ, thì ở đấy sẽ xuất hiện một dòng điện và cùng vói dòng điện là từ trường. Tuy nhiên, thuyết này không tránh khỏi một số hạn chế, bởi vì nó không giải thích được: liệu dòng điện xuất hiện có đủ lớn đê tạo ra từ trường của Trái đất hay không? Thứ hai là nó không giải thích được tính lưỡng cực của từ trường Trái đất.

Như vậy, vấn đề từ trường của Trái đất vẫn còn đang được giài quyết dưới dạng các giả thuyết, chưa được chúng minh bằng thực nghiệm. Tuy nhiên từ trường của Trái đất đã được con người ứng dụng đê phục vụ cho cuộc sống của mình trong rất nhiều lĩnh vực.

Ứng dụng đầu tiên của tù’ trường Trái đất ngay từ cô xưa là chế tạo ra la bàn dùng trong việc định hưóng đi của tàu thuyền, của con người trong rừng sâu núi thầm. Trong lịch Trung Quốc đã nhắc đến việc chế tạo ra kim tử dùng trong việc định hướng đã có sớm hơn 4.000 năm trước công nguyên, ơ Châu Âu, những mẫu la bàn nguyên thủy được chế tạo vào khoảng thế kỷ XI1-XIII.

Một lĩnh vực khác mà con ngưcri đã biết lợi dụng từ trường Trái đất là việc tìm kiếm, thăm dò các mỏ khoáng sản dựa trên độ nhiễm từ của các khoáng chất khác nhau. Cốt lõi của việc úng dụng này là dựa vào sự khác biệt về từ tính cua đất đá. Mỗi loại đất đá có mặt trên hành tinh chúng ta đều có tù' tính khác nhau. Tù tính cao nhất thấy ở các loại quặng sắt, thấp nhất là các đá trầm tích. Về tống thê từ tính của đất đá phụ thuộc vào lượng khoáng vật chứa các họp chất của sắt, ti tan, nikel và một số khoáng vật sắt mage khác có trong chúng.