地球磁场是地球周围空间分布的磁场，具有以下关键特征与作用：
一、磁场结构与分布
偶极型结构
地球磁场近似于将一个磁铁棒置于地心，磁北极（N极）指向地理南极附近，磁南极（S极）指向地理北极附近，磁轴与地球自转轴约成11.3度倾斜。赤道处磁场最弱（约0.3-0.6高斯），两极最强（约0.6-1高斯）。
磁层与磁圈
磁层：地球磁场向外延伸数万公里，形成被太阳风包围的彗星状区域，外边界（磁层顶）距地面约5-7万公里。
磁尾：在背日面，磁力线被太阳风压缩形成长尾，长度可达数百地球半径。
中性片：磁赤道附近的特殊界面，磁场强度极弱，厚度约1000公里，将磁尾分为南北两部分。
磁偏角与磁倾角
磁偏角：磁子午线与地理子午线的夹角（中国宋代沈括最早记载）。
磁倾角：磁场方向与地面水平面的夹角，赤道处为0°，两极处为90°。
二、磁场形成机制
发电机理论（主流假说）
地球外核的液态铁镍合金在地球自转驱动下流动，形成电流，电流产生磁场，磁场又增强电流，形成自维持的“磁流体发电机”效应。摩擦生热消耗使磁场稳定在现有强度。
其他假说
旋转电荷假说：假设地球内部存在等量异性电荷，随地球旋转产生磁场（但无法解释电荷分离机制）。
重物旋转假说：认为旋转天体自然生磁（但实验与观测未证实）。
热力效应假说：认为地核温度梯度驱动电流（尚未被广泛接受）。
三、磁场的核心作用
屏蔽太阳风与宇宙射线
太阳风是高速带电粒子流，地球磁场将其偏转，形成磁层保护罩，防止大气层被剥离（火星因失去磁场导致大气稀薄）。
减少高能粒子对臭氧层的破坏，维持气候稳定。
支持生物导航
鸟类、海龟、鲸鱼等动物利用地磁场进行迁徙定位（如绿海龟通过磁场强度与方向绘制“心理地图”）。
信鸽依赖地磁场辅助导航。
影响极光现象
太阳风粒子沿磁力线进入极区，与大气分子碰撞产生极光（如北极光、南极光）。
维护技术系统稳定
指南针依赖地磁场定向，卫星导航、无线电通信受磁场变化影响。
磁暴（太阳活动引发的磁场剧烈扰动）可能干扰电网、卫星运行。
四、磁场变化与挑战
长期变化
磁极漂移：磁北极位置逐年移动（如2005年位于82.7°N,114.4°W）。
磁极翻转：地球磁场平均每50万年翻转一次（最近一次发生在78万年前），翻转期间磁场强度减弱，可能持续5000-7000年。
现代威胁
磁场强度近200年下降9%，若持续减弱可能导致更多太阳风粒子进入近地空间，增加卫星故障风险。
磁极翻转可能瘫痪依赖磁场的导航与通信系统，但地球大气层仍能提供部分保护，不会沦为“第二个火星”。
五、研究与应用
地磁图与模型
通过等偏角图、等倾角图、等强度图描述磁场分布，每5-10年更新一次。
国际地磁参考场（IGRF）提供全球标准模型，用于导航、矿产勘探（如磁异常探测铁矿）。
空间天气监测
监测太阳风与磁层相互作用，预警磁暴对航天器、电网的影响。
地球科学探索
通过岩石磁性研究地球演化历史（如洋底磁异常条带揭示海底扩张）。
