概述
地磁場包括基本磁場和變化磁場兩個部分。基本磁場是地磁場的主要部分，起源于固體地球内部，比較穩定，屬于靜磁場部分。變化磁場包括地磁場的各種短期變化，主要起源于固體地球外部，相對比較微弱。地球變化磁場可分為平靜變化和幹擾變化兩大類型。
行軍、航海利用地磁場對指南針的作用來定向。人們還可以根據地磁場在地面上分布的特征尋找礦藏。地磁場的變化能影響無線電波的傳播。當地磁場受到太陽黑子活動而發生強烈擾動時，遠距離通訊将受到嚴重影響，甚至中斷。假如沒有地磁場，從太陽發出的強大的帶電粒子流（通常叫太陽風），就不會受到地磁場的作用發生偏轉，而是直射地球。在這種高能粒子的轟擊下，地球的大氣成份可能不是現在的樣子，生命将無法存在。所以地磁場這頂“保護傘”對我們來說至關重要。
地磁場強度大約是0.5-0.6高斯，也就是5-6*E-5特斯拉（50-60μT）。
發現
中國宋代科學家沈括（1034——1094）在公元1086年寫的《夢溪筆談》中，最早記載了地磁偏角“方家（術士）以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也”。沈括是曆史上第一個從理論高度來研究磁偏現象的人。提出較系統的原始理論的是英國人吉爾伯特。他在1600年著的《磁體》一書中，把當時許多有關磁體性質的事實都記了下來，同時創造性地作了劃時代的實驗：把一塊天然磁石磨制成一個大磁球，用小鐵絲制的小磁針裝在樞軸上，放到該磁球附近，在這磁球面上發現小磁針的各種行為與我們在地球上看到指南針的行為完全一樣。吉爾伯特用石筆把小磁針排列的指向标出一條條線，畫成許多子午圈，與地球經線相像，也有一條赤道，小磁針在赤道上則平行于球面。因此吉爾伯特提出了一個理論：認為地球本身就是一塊巨大的磁石，磁子午線彙交于地球兩個相反的端點即磁極上。
地磁場的起源
地球存在磁場的原因還不為人所知，普遍認為是由地核内液态鐵的流動引起的。最具代表性的假說是“發電機理論”。1945年，美國物理學家埃爾薩塞根據磁流體發電機的原理，認為當液态的外地核在最初的微弱磁場中運動，像磁流體發電機一樣産生電流，電流的磁場又使原來的弱磁場增強，這樣外地核物質與磁場相互作用，使原來的弱磁場不斷加強。由于摩擦生熱的消耗，磁場增加到一定程度就穩定下來，形成了現在的地磁場。
還有一種假說認為
鐵磁質在770℃（居裡溫度）的高溫中磁性會完全消失。在地層深處的高溫狀态下，鐵會達到并超過自身的熔點呈現液态，決不會形成地球磁場。而應用“磁現象的電本質”來做解釋，認為按照物理學研究的結果，高溫、高壓中的物質，其原子的核外電子會被加速而向外逃逸。所以，地核在6000K的高溫和360萬個大氣壓的環境中會有大量的電子逃逸出來，地幔間會形成負電層。按照麥克斯韋的電磁理論：電動生磁，磁動生電。所以，要形成地球南北極式的磁場，必然需要形成旋轉的電場，而地球自轉必然會造成地幔負電層旋轉，即旋轉的負電場，磁場由此而生。
地磁場起源originofthemaingeomagneticfield。
地球物理學的基本問題之一。自1600年英國的吉伯（W.Gilbert）提出“地球是一個巨大的磁石”開始，有關地磁場起源的推測已有近400年的曆史，但至今仍未獲得圓滿解決。
簡史地磁場的主要部分猶如一個近似沿自轉軸方向均勻磁化的球體的磁場。因此“永久磁石說”就成為地磁場成因最早和最自然的猜測。當地球物理學家提出地核可能是由鐵、鎳等強磁性物質組成的時候，這種猜測似乎得到了支持。然而地球内部的溫度遠超過鐵的居裡點（見岩石磁性），所以這個假說不能成立。繼而有人曾企圖借助于帶電地球的旋轉、回轉磁效應、溫差電流以及感應電流等物理效應來解釋地磁場，但其量值都遠遠不夠大。例如根據回轉磁效應，地球由于自轉獲得的磁化強度約為10-10電磁單位，比與地磁場相當的均勻磁化球體的磁化強度7.2×10-2約小9個數量級。鑒于從已有的物理規律找不到答案，有人開始探索新的規律。1947年英國物理學家布萊克特（P.M.S.Blackett）發現，當時測定的太陽、室女星座78号星和地球3個天體的磁矩M和角動量P滿足關系，其中G為萬有引力常數,c為光速，β為比例常數，約為0.25。布萊克特把這個關系設想為物理學的一個新定律，作為地磁場起源的解釋，稱為“巨大轉體說”。由于有3個天體的支持，這個假說曾一度引起廣泛的關注。為證實這一結果，布萊克特專門設計了一種測弱磁場的高靈敏度儀器，但實驗結果是否定的，所以布萊克特本人聲明放棄他的假說。
自激發電機說
與上述各種推測同時出現的是“自激發電機說”。1919年拉莫爾（J.Larmor）首先提出了旋轉的導電流體維持自激發電機的可能性，這是關于地磁場起源的自激發電機說的最早概念。而較為系統的論述，則是40年代末和50年代初由埃爾薩塞(W.M.Elsasser）、帕克(E.N.Parker）和布拉德(E.C.Bullard）等人完成的，稱為埃爾薩塞－帕克模型和布拉德過程。随着大型計算機的應用，使更複雜的磁流體動力學的計算成為現實。60年代後期發現，布拉德過程是不穩定的。這使得曾被認為極有希望的“自激發電機說”陷入了危機。直到1970年，利利（F.E.M.Lilley）修正了布拉德過程的運動模式，才使得穩定的“自激發電機說”再度有了可能。60年代古地磁學的數據肯定了地磁場在漫長的地質時期經曆了多次倒轉的事實，地磁場極性的正向與反向的曆史并沒有顯示出哪種極性更具有特殊性。這是除“自激發電機說”以外，其他關于地磁成因的假說所難以解釋的。地球具有磁場在天體中并不特殊，太陽系九大行星中至少有木星、水星具有與地球磁場相類似的内源磁場。太陽和許多恒星也具有磁場。60～70年代帕克的研究說明，地磁場起源的模式可能對其他天體也适用。據此，人們現在認為“自激發電機說”是解釋地磁成因的最有希望的理論。
原理地核内磁流體動力學的研究思路是導電流體和磁場的相互作用如何改變原始的磁場和運動狀态，這是“自激發電機說”的基礎。
導電流體與磁場
在數學上也就是電磁場方程與流體運動方程的耦合。在磁場中運動的導電流體，根據法拉第電磁感應定律，将在随流體運動的回路裡産生感應電動勢。若導體是電導率為無窮大的理想導體，感應電流将為無窮大，這顯然是不可能的。如果任意運動回路中的磁通量不變，磁力線必然随流體一起運動，猶如磁力線與流體牢固地粘在一起。這個現象稱為磁場的“凍結”效應，即磁場與流體完全凍結起來。這時磁場所滿足的方程稱為“凍結方程”。當流體的電導率為有限時，除不斷有焦耳熱損耗外，磁場還将不斷由強的區域向弱的區域擴散。因此在一般情況下，導電流體中的磁場既受凍結效應的控制，又将不斷擴散。這時滿足的方程稱為“擴散凍結方程”。凍結和擴散兩種效應，除與電導率（λ）有關外，還與流體的速度（v）和尺度(L）有關。在電磁流體力學中，定義無量綱常數為磁粘滞系數。RM>>1時，流體中凍結效應将是主要的；RM<<1時，擴散現象将占優勢。
能量來源
早期埃爾薩塞和布拉德都假定，長壽命放射性元素所維持的熱對流是發電機能量的提供者。由Gτ可以估計，要提供1017爾格/秒的能量，則地核中單位質量的生熱率需高達100爾格/（克·秒）。而由地面總熱流計算地殼中放射性元素的生熱率僅有10-3～10-1爾格/（克·秒），兩者相差幾個量級，顯然是不合理的。有人主張内核是由液态核凝固而成，這個過程至今還在繼續，它所放出的潛熱将維持熱核的熱對流，這同樣會遇到量級上的困難。1968年馬爾庫斯（W.V.R.Malkus）由實驗證實，在地球的進動過程中由于地幔與地核動力扁度的差異（見地球自轉），兩者将有不同的進動角速度，前者快于後者。由于地球是一個扁球體，地幔将迫使地核有相同運動的趨勢，這時地幔通過FP對地核提供能量，可以維持地磁發電機。近年也有人對此提出異議，認為其量級遠遠不夠。還有人主張若地球深部的化學分異和重力分異仍在進行，則重力位能的釋放（Gτ，FG）将提供能量。可見，地核中的各種可能的能量來源，無不涉及地球演化與地球内部的物理狀态等地球物理基本問題，在目前要得到滿意的解答是困難的。
磁場生物
磁場強度
像海龜、鲸魚、候鳥等衆多遷徙動物均能走南闖北，每年可旅行幾千公裡，中途往往還要經過汪洋大海，但是還能測定精确的位置。科學家們發現，海龜能通過地球磁場和太陽及其他星體的位置來辨别方向。但對于遷徙中的海龜來說，僅有“方向感”是不夠的，它們可能還有一張“地圖”，用于明确自己的地理位置，最終到達某個特定的目的地。美國北卡羅來納大學查珀爾希爾分校的肯洛曼研究小組發現，綠海龜對不同地理位置間的地磁場強度、方向的差别十分“敏感”，它們能通過地磁場為自己繪制一張地圖。
地理子午線
信鴿能在遙遠的地方飛回而不迷失方向，也是由于地磁的幫助
地磁場的強弱叫地磁感（應）強度，地磁場的磁子午線與地理子午線間的夾角叫磁偏角，地球上某處地磁場方向與地面水平方向間的夾角叫磁傾角，這三個物理量稱為“地磁三要素”。但是從地球的一個地方到鄰近的另一個地方，地磁要素的變化一般都十分微小。
地磁場圖記錄了地球表面各點的地磁場的基本數據和它們的變化規律，它是航海、航空、軍事以及地質工作不可缺少的工具。船舶和飛機航行時，用磁羅盤測得的是地磁方位角，因此隻有知道了當時當地的磁偏角數值，才能确定地理方位和航行路線。
磁暴
一般來說，地磁要素的變化是很小的，但是跟太陽活動有密切聯系的磁暴現象，卻發生得十分突然。這是因為太陽黑子活動劇烈的時候，放出的能量相當于幾十萬顆氫彈爆炸的威力，同時噴射出大量帶電粒子。這些帶電粒子射到地球上形成的強大磁場叠加到地磁場上，使正常情況下的地磁要素發生急劇變化，引起“磁暴”。發生磁暴時，地球上會發生許多奇異的現象。在漆黑的北極上空會出現美麗的極光。指南針會搖擺不定，無線電短波廣播突然中斷，依靠地磁場“導航”的鴿子也會迷失方向，四處亂飛。地磁場能阻擋宇宙射線和來自太陽的高能帶電粒子，是生物體免遭危害的天然保護傘。
所以這個“超巨”的地磁場，對地球形成了一個“保護盾”，減少了來自太空的宇宙射線的侵襲，地球上生物才得以生存滋長。如果沒有了這個保護盾，外來的宇宙射線，會将最初出現在地球上的生命幼苗全部殺死，根本無法在地球上滋生。
地下資源
地球上某些地區的岩石和礦物具有磁性，地磁場在這些埋藏礦物的區域會發生劇變，利用這種地磁異常可探測礦藏，尋找鐵、鎳、鉻、金以及石油等地下資源。
在發生強烈地震之前，地磁的三要素也都會發生改變，造成地磁局部異常的“震磁效應”。這是由于地殼中的岩石，有許多是具有磁性的，當這些岩石受力變形時，它們的磁性也要跟着變化，從而可以較正确地作出“震前預報”。
地磁人體
對人體神經系統的影響：在磁場的作用下，刺激分泌物的合成與釋放增加，一些研究表明，低磁場往往使動物的活性增加，興奮性增高；而較強的磁場常常使生物體的活動減少，興奮性降低，呈現抑制反應。此外，磁場對植物神經亦有作用，對于心跳、血壓、呼吸有一定的影響。據了解巴馬地磁場普遍高于世界的其他地區。也就是因為這個地磁作用，把巴馬的可滋泉水切割成了六分子結構，也就是這樣的水能夠全部溶解巴馬火麻油，溶解部分植物油。
對細胞膜結構及特性的作用：Grandolfo等在研究後提出磁場可以影響細胞靜态及動态膜特性；另一方面，低頻磁場在影響細胞膜基本結構的同時，還能通過增加脂質的擴散率，進而影響細胞膜的通透性；
促進骨質增長：磁場作用能夠促進成骨細胞的增值，一定強度的靜磁場作用能使成骨細胞中的鈣離子濃度增加，而且一定強度的靜磁場作用能夠促進成骨細胞的增值和分化，其可能的原因是在靜磁場作用下，細胞膜鈣離子通道開啟，胞外大量鈣離子進入胞内或可能是胞内“鈣庫”大量釋放的結果。
