thumb|250px|Het geomagnetisch dipoolveld staat met zijn as 9,6° gekanteld ten opzichte van de aardas. thumb|292px|Verplaatsing van de magnetische noordpool tussen 1960 en 2000. thumb|Waarom werkt een kompas wel op aarde en niet op Mars - Universiteit van Nederland Het aardmagnetisch veld (ook wel aardmagneetveld) is het magnetisch veld dat de Aarde omringt. Het aardmagnetisch veld ontstaat doordat een vloeibaar mengsel van gesmolten ijzer en nikkel in de buitenkern van de aarde, om de binnenkern heen beweegt, die bestaat uit een vast mengsel van eveneens ijzer en nikkel. Deze beweging is het gevolg van de draaiing van de aarde om zijn as.
Het magneetveld beschermt de planeet tegen de ioniserende straling van de zonnewind. De invloedzone van het aardmagnetisch veld, die vele duizenden kilometers ver in de ruimte reikt, wordt de magnetosfeer genoemd. Het aardmagnetisch veld wordt zwakker met toenemende afstand van de Aarde.
In het zonnestelsel hebben, naast de Aarde, alleen Mercurius, de 'gasreuzen' Jupiter, Saturnus, de 'ijsreuzen' Uranus, Neptunus en een van Jupiters manen GanymedesNASA Solar Systems Exploration "Ganymede is the largest moon in the solar system (larger than the planet Mercury), and is the only moon known to have its own internally generated magnetic field." een zelf-gegenereerd magnetisch veld. Onder de terrestrische ("aardachtige") planeten en alle manen van het zonnestelsel zijn de Aarde, Mercurius en Jupiters maan Ganymedes dus de drie uitzonderingen.
Het aardmagnetisch veld is de basis voor de werking van het kompas, een belangrijk navigatie-middel voor de zeevaart. Magnetische metingen zijn ook van nut bij geofysische exploratie en zijn verder belangrijk voor de scheepvaart, ruimtevaart en de geodesie.
Eigenschappen Vorm Aan het aardoppervlak is het aardmagnetisch veld grofweg te beschrijven als een dipoolveld, met een magnetische zuidpool in het noorden en een magnetische noordpool in het zuiden. Deze benadering van het aardmagnetische veld wordt het geomagnetisch dipoolveld genoemd. In werkelijkheid is er een afwijking, tussen het best passende dipolaire magnetische veld door de Aarde en het werkelijke veld. De plek waar de magnetische veldlijnen verticaal uit het aardoppervlak lopen, worden de magnetische polen genoemd. Op de plek waar dit bij de best passende dipool zou gebeuren, worden ze de geomagnetische polen genoemd. Hoe dichter men de evenaar nadert, hoe kleiner de hoek wordt tussen de veldlijnen en het aardoppervlak.
De magnetische veldlijnen schieten op het zuidelijk halfrond uit het oppervlak om op het noordelijk halfrond de Aarde weer te bereiken. Dit betekent dat de magnetische zuidpool zich bij de geografische noordpool – de pool op de denkbeeldige rotatieas – bevindt en niet bij de geografische zuidpool. De naald die het noorden op een kompas aangeeft, wijst naar de magnetische zuidpool (en dus ruwweg naar het geografische noorden). Verwarrend genoeg noemt men de magnetische zuidpool echter de geomagnetische noordpool. Op dezelfde manier wordt de magnetische noordpool de geomagnetische zuidpool genoemd.
De posities van de geomagnetische polen vallen ook niet geheel samen met de geografische polen. De hoek tussen de aardas en de as van de geomagnetische dipool bedraagt ongeveer 9,6°. De positie van de magnetische polen verandert langzaam en daarmee verandert de richting en sterkte van het magnetisch veld ook. De magnetische zuidpool bevindt zich op het moment in het noorden van Canada en "wandelt" elke dag ongeveer 90 meter naar het westen, richting Siberië. De magnetische noord- en zuidpolen bewegen onafhankelijk van elkaar. Op het moment is de magnetische noordpool verder van de geografische zuidpool verwijderd dan de magnetische zuidpool van de geografische noordpool.
thumb|350px|Wereldkaart van de magnetische declinatie van 1590 tot 1990. thumb|350px|Wereldkaart van de magnetische inclinatie in het jaar 1860. De hoek tussen de richting van het geografische noorden en een kompasnaald wordt magnetische declinatie genoemd. Isogonen zijn de lijnen die de punten op het aardoppervlak met gelijke magnetische declinatie verbinden. De agoon is de lijn die de punten verbindt waar de declinatie nul is.
De hoek van het aardmagnetisch veld en het aardoppervlak heet inclinatie. Op hogere breedtegraden is de verticale component van het magnetisch veld groter dan de horizontale. Op het noordelijk halfrond zal een kompasnaald daarom de neiging hebben naar onderen willen wijzen, op het zuidelijk naar boven. Door een kompas met een (lichte) naald verticaal te houden kan de inclinatie gemeten worden; in Nederland en België is deze ongeveer 60°. Op de magnetische polen is dat 90°, nabij de evenaar gaat dit naar 0°.
De vergelijking van het aardmagnetisch veld met een grote dipoolmagneet is redelijk accuraat aan het aardoppervlak, maar in het binnenste van de Aarde is die benadering minder goed. In de aardmantel is een multipoolveld nodig voor een betere benadering: het International Geomagnetic Reference Field (IGRF).
Veldsterkte De sterkte van een magnetisch veld wordt gemeten met de magnetische fluxdichtheid van het veld, die wordt uitgedrukt in tesla (T), een afgeleide SI-eenheid. Vroeger werd de inmiddels verouderde eenheid gauss (G) gebruikt (1 G = 10−4 T). Aan de evenaar bedraagt de fluxdichtheid aan het oppervlak 3,1 × 10−5 T, aan de polen ongeveer 6,0 × 10−5 T. In Midden-Europa is dit ongeveer 4,8 × 10−5 T, de horizontale component is daarbij 2,0 × 10−5 T, de verticale component 4,4 × 10−5 T groot. Binnenin de Aarde is de magnetische fluxdichtheid ongeveer honderd keer zo groot.
De magnetische veldsterkte , die hier vaak mee verward wordt, wordt gemeten in ampère per meter. De relatie tussen de twee eenheden wordt gegeven door de magnetische permeabiliteit:
Waarbij: de magnetische fluxdichtheid; de magnetische veldsterkte; en de magnetische permeabiliteit is.
Deze lineaire relatie geldt echter alleen in vacuüm en in gassen vormt de relatie ook een redelijke benadering. Echter, in vaste materie –zoals binnenin de Aarde– kan de relatie non-lineair en anisotroop zijn, waardoor in de Aarde de vergelijking met een dipolair magnetisch veld niet meer opgaat.
Variaties en afwijkingen Door verschillen in magnetische permeabiliteit tussen verschillende gesteenten in de aardkorst treden kleine lokale afwijkingen (magnetische anomalieën) in het aardmagnetisch veld op. Zulke magnetische afwijkingen kunnen worden gevormd door in de ondergrond aanwezige ijzeren artefacten of stenen structuren zoals oude funderingen. In de archeologie worden soms met een magnetometer kleine variaties in kaart gebracht bij het zoeken naar restanten van menselijke nederzettingen.
Grotere variaties (magnetische anomalieën) komen ook voor. Het bekendste voorbeeld is de Zuid-Atlantische Anomalie, waarvan de oorzaak diep in de Aarde gezocht moet worden. De magnetische anomalie van Koersk in het zuiden van Europees Rusland is een voorbeeld van een magnetische anomalie die door een structuur in de aardkorst veroorzaakt wordt. In dit geval bevindt zich abnormaal veel ijzererts in de ondergrond die het magnetisch veld beïnvloedt.
Veranderingen van het aardmagnetisch veld Tijdelijke fluctuaties De elektrische invloed van bijvoorbeeld bliksem kan lokaal zorgen voor een verandering van het magnetisch veld. Er is tijdens onweer veel meer elektrische spanning in de atmosfeer. Het elektrische veld versterkt daarbij het aardmagnetisch veld tijdelijk en plaatselijk.
Langzame verandering Door wervelingen in het binnenste van de Aarde treedt een langzame verandering op van het aardmagnetisch veld. Hoewel op de lange termijn niet voorspeld kan worden hoe de magnetische declinatie –ook wel variatie genoemd– verandert, kan dit wel voor enkele jaren. Declinatiekaarten worden bijvoorbeeld door de British Admiralty om de vijf jaar uitgegeven.
thumb|350px|Magnetische veldlijnen in de ruimte worden vervormd door de invloed van de zonnewind op het aardmagnetisch veld.
Magnetische stormen
In de bovenste delen van de aardatmosfeer wordt de zonnewind –de van de Zon afkomende stroom geïoniseerde deeltjes– afgebogen. Tegelijkertijd wordt het veld zelf sterk vervormd door de botsing met de zonnewind. De plek waar de botsing tussen de zonnewind en het aardmagnetisch veld plaatsvindt wordt de magnetopauze genoemd, de zone binnen de magnetopauze is de magnetosfeer.
Aan de schaduwzijde van de Aarde ontstaat een staart van plasma. Magnetische stormen, die ontstaan door zonne-erupties waardoor de zonnewind tijdelijk sterker wordt, kunnen de magnetische veldsterkte tijdelijk beïnvloeden (in de grootte van 100 tot 1000 nT). Tegelijkertijd wordt de ionisatie van deeltjes door de zonnewind sterker aan de zonnezijde van de Aarde. De elektrische stromingen die hierdoor worden opgewekt, beïnvloeden het aardmagneetveld. Dit wordt het sq-effect genoemd en het gaat hier om verschillen in de orde van 10 nT. thumb|350px|Tijdelijke schommelingen in het aardmagnetisch veld door een magnetische storm op 31 maart 2001, gemeten in Ile-Ife, Nigeria.
Voor de lagere regionen van de atmosfeer vormt de magnetosfeer een soort schild tegen de geladen deeltjes uit de zonnewind. Doordat de veldlijnen van het aardmagnetisch veld bij de magnetische polen loodrecht op het aardoppervlak staan, is deze schildwerking daar minder sterk. Met name in periodes van hoge zonne-activiteit komen stromen van geladen deeltjes hierdoor wel in de hogere delen van de atmosfeer voor. Dit veroorzaakt geomagnetische stormen die we terugzien als poollicht.
Afname van het magneetveld Sinds het begin van systematische metingen rond 1830 is de sterkte van het aardmagnetisch veld met ongeveer 10% afgenomen. In de 20e eeuw alleen bedroeg de afname 6%. Dit is een zeer snelle verandering op een geologische tijdschaal gezien, die tot nog toe niet is verklaard. Zo zou volgens berekeningen het veld al na ongeveer 10.000 jaar verdwenen kunnen zijn, vooropgesteld dat de interne opwekking van het magneetveld geheel zou wegvallen. Dit is echter langzamer dan de waargenomen afname, waardoor het vermoeden is ontstaan dat het veld bezig is om te draaien. Hierbij zou een tegenovergesteld veld opgebouwd worden terwijl het huidige veld versneld wordt afgebroken.
Omkeringen van het veld
In de loop van miljoenen jaren heeft het aardmagnetisch veld zich vaker omgekeerd. Deze omkeringen zijn voor de laatste 160 miljoen jaar redelijk nauwkeurig bekend. Wat daarbij opvalt is dat de omkeringen tegenwoordig, maar ook 150 miljoen jaar geleden, gemiddeld ongeveer elke 300 000 jaar plaatsvinden, maar dat ertussenin een 'stille' periode is geweest waarin er 40 miljoen jaar lang géén omkering plaatsvond. De huidige periode duurt overigens al 780 000 jaar. De omkeringen worden waarschijnlijk veroorzaakt doordat er veranderingen in de elektrische stromen in het binnenste van de aardkern plaatsvinden. Hierbij zal de sterkte van het veld eerst enkele honderden jaren lang afnemen, om daarna in de tegenovergestelde richting weer toe te nemen. Door de afname van de sterkte is het goed mogelijk dat de bescherming tegen de zonnewind voor het leven op Aarde vermindert gedurende de komende paar duizend jaar. Er is nog weinig bekend over de precieze gevolgen die een verhoogde dosis zonnewind in de atmosfeer heeft op het klimaat en het leven op Aarde.
Opwekking van het aardmagnetisch veld
De opwekking van het aardmagnetisch veld is een nog niet geheel verklaard fenomeen uit de magnetohydrodynamica. In het veld buiten de Aarde is er energie opgeslagen in de orde van grootte van exajoules (1018 J). De energie die binnenin de Aarde is opgeslagen, is vermoedelijk twee ordes van grootte meer. Bij de hoeveelheid draaibeweging van het aardmagnetisch veld wordt impulsmoment berekend.