Spirály uvnitř Země

Magnetické pole vzniká na atomové úrovni díky rotaci elektronů se záporným nábojem kolem osy elektronu a kolem jádra atomu. Tyto rotace a malý proud cirkulující v atomu vytvářejí magnetické pole. V mnohem větších měřítcích vzniká magnetické pole hvězd a planet. Například magnetické pole Slunce je generováno tzv. magnetickým dynamem (Bílek, 2009).  

V případě Země je existence magnetického pole vysvětlována pomocí tzv. geodynama. Tato všeobecně přijímaná teorie předpokládá, že ve vnějším zemském jádru proudí elektricky vodivé roztavené kovové hmoty, které díky relativně rychle rotující zeměkouli generují magnetické pole. Proudění hmot je popsáno magnetohydrodynamickými rovnicemi (např. Jones, 2007).   

Hnacím motorem geodynama je vnitřní jádro Země. Je tvořeno železem, v menší míře niklem a panují zde teploty srovnatelné s povrchem Slunce. Díky tomu, že vnitřním jádrem procházejí primární i sekundární zemětřesné vlny mělo by být převážně tuhého skupenství. To, že zde železo i při extrémních teplotách není roztavené, je vysvětlováno tzv. gravitační krystalizací za extrémně vysokých tlaků. Někteří vědci se domnívají, že vnitřní jádro může mít podobu jediného krystalu železa. Vnitřní jádro pomalu chladne, přičemž teplo proudí do vnějšího jádra.  

Rozhraní mezi vnitřním a vnějším jádrem je zhruba v hloubce 5 000 km pod zemským povrchem. Tady mají roztavené hmoty teplotu kolem 3 000° C a menší hustotu než chladnější materiál, klesající sem shora, z meších hloubek. Horké hmoty proto stoupají vzhůru a vzniká nepřetržité proudění. Je možné si ho představit jako proudění v takzvané lávové lampě, prodávané v obchodech.  

Díky rotaci Země vznikají ve vnějším jádře spirály roztavené hmoty vysoké stovky kilometrů. Rotující sloupce roztaveného železa se chovají jako cívky elektromagnetu. Protékají jimi elektrické proudy a tím dochází ke vzniku magnetického pole. Díky rotaci Země jsou účinky jednotlivých rotujících spirálových sloupů usměrněny a výsledkem je geomagnetické pole Země s dominantním dipólovým charakterem. Na povrchu Země proto máme dva póly, jako kdyby byl uvnitř zeměkoule veliký tyčový magnet se severním a jižním pólem (obr. 3). Osa tohoto dipólu, situovaného ve středu Země, je téměř rovnoběžná s osou rotace naší planety (úklon činí 11,5°). Je tedy zřejmé, že bez vnitřního tepla a rotace naší planety by magnetické pole Země nemohlo existovat.