ભૂચુંબકત્વ (geomagnetism) (ભૌતિકવિજ્ઞાન) : પૃથ્વી અને તેના વાતાવરણનું કુદરતી ચુંબકત્વ.
પૃથ્વી અને તેના પર રહેલા પદાર્થોમાં ચુંબકત્વના ગુણધર્મોનું મહત્વ પૌરાણિક સમયથી જ રહ્યું છે; જેમ કે, ચુંબકત્વ ધરાવતા ખડકોએ કુતૂહલતા અને જાદુઈ ચિરાગના ખ્યાલ પેદા કર્યા છે. ચુંબક એ લુહારે ટીપીને ઘડેલા (smithy’s forge) લોખંડની ઔદ્યોગિક પેદાશ છે. અર્થાત્, ચુંબક એ ઘડેલા સ્ટીલનો ભૂચુંબકત્વમાં ઠંડો પડતો જતો ટુકડો છે.
ભૂચુંબકત્વની અસર કંપાસ-બૉક્સમાં રહેલી સોય પર સરળતાથી નિહાળી શકાય છે. આવા કંપાસ-બૉક્સનો ઘણાં વર્ષોથી દરિયાઈ વહાણોમાં ઉપયોગ થતો આવ્યો છે. ઈ. સ. 1200થી 1600ના ગાળા દરમિયાન એ સ્પષ્ટ થયું કે કંપાસ-બૉક્સમાં રહેલી સોય પૃથ્વીની સાચી ઉત્તર દિશામાં કે તેમના ઉત્તર ધ્રુવ તરફ જ રહેલી નથી; પરંતુ તે ચુંબકીય ક્ષેત્રની બળરેખાઓને સમાંતર બને છે.
ગિલબર્ટ સૌપ્રથમ દર્શાવી શક્યા કે ભૂચુંબકત્વ મુખ્યત્વે પૃથ્વીનાં આંતરિક બળોથી પેદા થાય છે. 1830માં જર્મન ગણિતજ્ઞ સી. એફ. ગોસ આ બાબત ગણિતીય રીતે પ્રતિપાદિત કરી શક્યા. આ ચુંબકીય ક્ષેત્રની લાક્ષણિકતા પૃથ્વીના કેન્દ્રથી નજીક કોઈ શક્તિશાળી અને નાનકડા ચુંબકમાંથી પેદા થતા ચુંબકત્વ જેવી છે. આ સૈદ્ધાંતિક ચુંબકની અક્ષ પૃથ્વીના પરિભ્રમણ સાથે નિયત ઢોળાવ ધરાવે છે. તે પૃથ્વીના ઉત્તર ગોળાર્ધમાં પૃથ્વીની સપાટીને 78.6o ઉત્તર-અક્ષાંશે અને 289.9o પશ્ચિમ રેખાંશે કાપે છે તેમજ દક્ષિણ ગોળાર્ધમાં 78.6o દક્ષિણ અક્ષાંશે અને 109.9o પશ્ચિમ રેખાંશે કાપે છે. આ બિંદુઓને ભૂચુંબકીય ધ્રુવો કહે છે. આ ધ્રુવોનું સ્થાન કંપાસ-બૉક્સ કે ધ્રુવીય ત્વરા માપવામાં વપરાતા કોઈ પણ સાધન દ્વારા સરળતાથી નોંધી શકાય છે. ચુંબકીય કંપાસ-બૉક્સમાંની સોય જોવા મળતાં ચુંબકીય ધ્રુવને લંબરૂપે ગોઠવાય છે. આથી ચુંબકીય ધ્રુવ એટલે એવો વિસ્તાર, જ્યાં કંપાસ-બૉક્સમાંની સોય તેનું દિશાકીય બળ (directive-force) ગુમાવે છે.
1930ના મધ્યભાગમાં ખડકો તથા ખાઈના ચુંબકત્વના અભ્યાસે ભૂચુંબકત્વના અભ્યાસને વધુ રસપ્રદ બનાવ્યો. આ અભ્યાસ પરથી પ્રતિપાદિત થઈ શક્યું છે કે ખડકના પથ્થરોનો ટુકડો જે ચુંબકત્વ ધરાવે છે તે હજાર કે હજારો વર્ષ પહેલાં જ્યારે પથ્થરની સંરચના થઈ હશે તે સમયે પણ ચુંબકત્વ ધરાવતો હોવો જોઈએ અને પથ્થરોમાં જોવા મળતાં ઊલટ-સૂલટ વર્તુળો દર્શાવે છે કે ભૂચુંબકત્વમાં સતત ફેરફારો ઉદભવી શકે છે.
ઉત્તર અમેરિકાનો બાથર્સ્ટ ટાપુ (island) કે જે 74o 54´ ઉત્તર અક્ષાંશ અને 101o પશ્ચિમ રેખાંશ પર આવેલો છે ત્યાં 1960થી 1962 દરમિયાન ભૂચુંબકત્વનો ઉત્તરધ્રુવ હોવાનું અને દક્ષિણ ધ્રુવ ઍન્ટાર્ક્ટિકાના કિનારે 90o દક્ષિણ અક્ષાંશ અને 148o 4´ પશ્ચિમે રેખાંશે આવેલો હોવાનું માનવામાં આવતું હતું અને તે 8 કિમી. પ્રતિ વર્ષની ઝડપે ઉત્તર પશ્ચિમ દિશામાં ખસતો હોવાનું પણ નોંધવામાં આવેલું.
ઉત્તર ચુંબકીય ધ્રુવ પર ચુંબકીય ક્ષેત્રનું મૂલ્ય 0.59 c.g.s. યુનિટ જેટલું છે અને આ ધ્રુવ પર ચુંબકીય બળરેખાઓની દિશા નીચે તરફ એટલે કે પૃથ્વીના કેન્દ્ર તરફની હોય છે. દક્ષિણ ધ્રુવ પર ચુંબકીય ક્ષેત્રનું મૂલ્ય 0.71 c.g.s. જેટલું છે અને ચુંબકીય બળરેખાઓ કેન્દ્રથી બહારની દિશામાં હોય છે અને ચુંબકીય વિષુવવૃત્ત પર ચુંબકીય ક્ષેત્ર આશરે 0.30થી 0.40 c.g.s. મૂલ્ય ધરાવે છે.
ચુંબકીય ક્ષેત્રના માપન માટે વિચલન (declination) D, ઢોળાવ (inclination) I, સમક્ષિતિજતીવ્રતા (H), લંબતીવ્રતા (Z) અને ફલતીવ્રતા (F) તેમજ બળની અક્ષીય તીવ્રતાઓ x, y અને z વગેરે અગત્યની રાશિઓ છે. તેમાંથી H અને F અદિશ છે. D અને I ખૂણાઓ છે તેમ જ X, Y, Z અદિશ છે. આ બધી રાશિઓ એકબીજી સાથે ચોક્કસ સંબંધોથી સંકળાયેલી છે; જેમ કે, 
દરેક રાશિને માપવા માટે જુદાં જુદાં સરળ સાધનોનો ઉપયોગ થાય છે. ભૂચુંબકત્વ વૈશ્વિક બળ હોવાથી દુનિયાભરમાં પથરાયેલી ચુંબકીય પ્રયોગશાળાઓમાં અનેક સ્થાનો પર તેનાં અવલોકનો કરવામાં આવે છે. આજકાલ આ તમામ રાશિઓને એકસાથે માપવા માટે ચુંબકીય વિશ્લેષણને સાધન બનાવવામાં આવ્યું છે. ચુંબકીય પ્રયોગશાળાઓ ધ્રુવીય સામુદ્રિક અને ખડકીય વિસ્તારોમાં ગોઠવવામાં આવી છે. 1957–58ના વર્ષને આંતરરાષ્ટ્રીય ભૂભૌતિકીય વર્ષ તરીકે ઊજવવામાં આવ્યું હતું.
ભૂચુંબકત્વના ઉદભવસ્થાન માટે ઘણીબધી માન્યતાઓ પ્રચલિત છે. મોટાભાગની માન્યતાઓ ખડકોમાં રહેલા ફેરોમૅગ્નેટિક દ્રવ્યનો જથ્થો, પૃથ્વીનાં આંતરિક બળોને લીધે ઉદભવતા વીજપ્રવાહ, તેમજ મોટા ર્દઢ પદાર્થની ગતિ સાથે સંકળાયેલા ભૌતિકશાસ્ત્ર પર આધારિત છે. પૃથ્વીની આંતરિક રચના વિશેની પૂરી માહિતીના અભાવે તેનો અભ્યાસ મુશ્કેલ છે. જો સમગ્ર પૃથ્વીને ફેરોમૅગ્નેટિક ચુંબક માનવામાં આવે તો પૃથ્વીના કેન્દ્રની આજુબાજુ ઓછામાં ઓછા 20 કિમી.માં હાલ જે હયાત છે તેના કરતાં ખૂબ જ મોટા જથ્થાનાં ચુંબકીય દ્રવ્ય જોઈએ. તેથી સમગ્ર પૃથ્વીને ફેરોમૅગ્નેટિક ચુંબક ગણી શકાય નહિ.
લોખંડ અને ચુંબકીય દ્રવ્યોમાં જોવા મળતા ચુંબકીય તફાવત ભૂચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ક્ષેત્રીય વિકૃતિ ઉત્પન્ન કરે છે અને તેને ચુંબકીય અનિયમિતતા (magnetic anomalies) કહે છે. પૃથ્વીમાં ખૂબ જ ઊંડે ઉત્પન્ન થતા વીજપ્રવાહમાંનો નાનકડો તફાવત ઐતિહાસિક ભૂચુંબકત્વ અથવા લાંબા ગાળાના તફાવતો રચે છે. સૈકાઓ બાદ ચુંબકીય ક્ષેત્ર પોતાની દિશા પણ બદલી શકે છે. આવો ઐતિહાસિક તફાવત આશરે ચારસો વર્ષના ગાળે 30o જેટલો નોંધાયેલો છે. અક્ષાંશ-તફાવત નિયમિત રીતે એક ડિગ્રીના પાંચમા ભાગ જેટલો નોંધાયેલ છે.
ભૂચુંબકત્વ સમયની સાથે સતત બદલાતું રહે છે. ક્ષેત્રીય ફેરફારોને કારણે તે સૈકાઓ સુધી સતત બદલાતું રહે છે. તેમાં ક્યારેક ઘટાડો કે વધારો થાય છે; જેમ કે, 1600થી 1800ના સૈકાઓ દરમિયાન ઢોળાવ (declination)કોણ 11o પશ્ચિમથી 24o પૂર્વ તરફ બદલાયેલ છે. 1843થી 1943 દરમિયાન દક્ષિણ આફ્રિકામાં સમક્ષિતિજ તીવ્રતાનું મૂલ્ય 6000 ગૅમા જેટલું ઘટ્યું હતું. આ રીતે વૈશ્વિક કક્ષાએ વિવિધ ચુંબકીય અંકોમાં સતત મૂલ્યપરિવર્તન થતું જણાય છે.
ખડકોના ફેરાચુંબકીય પદાર્થો ખડક પરથી નવરચના દ્વારા અલગ થઈને નદીઓ દ્વારા દરિયામાં ઢસડાઈ જાય છે. ભૂચુંબકત્વને પરિણામે આવા પદાર્થો પૃથ્વીના ચુંબકત્વની દિશાને સમાંતર ગોઠવાઈને દરિયાના તળિયે એકઠા થાય છે. સમય જતાં આ પડ પૂરતી જાડાઈ પ્રાપ્ત કરે છે; ફરીથી તે દરિયાઈ પહાડનું રૂપ ધારણ કરે છે અને આવા પહાડોના ટુકડા પરથી ભૂંચુબકત્વમાં પૃથ્વીના ચુંબકની દિશા વિશેનો ચોક્કસ ખ્યાલ મળી રહે છે. ઠંડા થયેલા લાવારસની મદદથી પણ લાખો વર્ષ પહેલાંના ચુંબકત્વની દિશાનો ખ્યાલ આવે છે. આ બાબતો પણ દર્શાવે છે કે ચુંબકત્વમાં સતત ફેરફારોને અવકાશ છે. એવું માનવામાં આવે છે કે 10 કરોડ વર્ષ પહેલાં ચુંબકીય દિશા વિષુવવૃત્ત પર હતી.
સૈકાઓના અંતરે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં થતા ફેરફાર જેટલી જ અગત્ય હરહંમેશ થતા ચુંબકીય ફેરફારોની છે. દિવસ દરમિયાન સૂર્યના સ્થાન અનુસાર થતા ચુંબકીય ફેરફારને ‘હંમેશના સૂર્યને લીધે થતો ચુંબકીય ફેરફાર’ કહે છે. તે જ રીતે ચંદ્રના સ્થાનભ્રમણને લીધે થતા ફેરફારને ‘હંમેશના ચંદ્રને લીધે થતો ચુંબકીય ફેરફાર’ કહે છે. લગભગ હરહંમેશ થતા ફેરફાર આંશિક રીતે સબળ હોય છે અને તે એકસરખી અને વિશેષ લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે. આવા તફાવતો સ્થાનિક સમય, અક્ષાંશ અને રેખાંશ પર તેમજ સૂર્યના સ્થાન તથા ઋતુઓ પર પણ આધારિત હોય છે. સૂર્યને લીધે થતો ચુંબકીય ફેરફાર મુખ્યત્વે અતિ નાનો અને નબળો વીજપ્રવાહ પૃથ્વીમાં ઉત્પન્ન કરે છે અને તે X, Y, Z દિશા આધારિત ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતામાં વધારો-ઘટાડો કરે છે. સૂર્યકલંકોની તીવ્રતામાં થતા ફેરફારને લીધે પણ ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફેરફાર શક્ય બને છે.
ચંદ્રને લીધે થતા ચુંબકીય ફેરફારોને લીધે પૃથ્વીની આસપાસ વીજપ્રવાહ પરિપથ રચાય છે. ચંદ્રની પૃથ્વી તરફ અને પૃથ્વીથી દૂરની તરફ થતી ગતિ મુજબ વીજપ્રવાહમાં ફેરફાર થાય છે. આ ફેરફાર સૂર્ય દ્વારા થતા ફેરફાર કરતાં વીસમા ભાગનો હોય છે, પરંતુ એ વીજપ્રવાહનું મૂલ્ય મોટું હોય છે.
તીવ્ર અને અનિયમિત (erratic) ભૂચુંબકીય તોફાનોને ચુંબકીય વાવાઝોડું (magnetic storm) કહે છે. ક્ષણિક કે કલાકો સુધી કે અમુક દિવસો સુધી તેની અસર જણાય છે. ખૂબ જ મોટાં વાવાઝોડાં વખતે કંપાસની સોયની દિશા એક કે તેથી વધુ ડિગ્રી જેટલી બદલાય છે. મધ્યઅક્ષાંશે તેની અસર 2000 ગાળા(divisions)ના ક્રમની થાય છે અને ધ્રુવીય ભાગમાં આથી વધુ હોય છે. ચુંબકીય તોફાન ઓચિંતું જ ચાલુ થઈ શકે છે અને તે એક મિનિટ કે થોડી સેકંડોમાં સમગ્ર પૃથ્વી પર અસર પેદા કરી શકે છે. કેટલીક વખત આવું તોફાન સૂર્યમાં થતા ફેરફારોને લીધે પણ ઉત્પન્ન થઈ શકે છે. આવાં ચુંબકીય તોફાનો રેડિયો-સંચારણમાં ખામી પેદા કરે છે. આવું ચુંબકીય તોફાન 2 અબજ હૉર્સપાવર જેટલી શક્તિ પેદા કરી શકે છે; તેથી ક્ષેત્રમાં ખૂબ જ મોટા ફેરફાર પેદા થાય છે. જો ઓછી શક્તિવાળું તોફાન હોય તો તે ટેલિફોન કે ટેલિગ્રાફ-સેવાઓમાં વિઘ્ન નાખી શકે છે. કેટલીક વખત તે વીજળીવહન માટે વપરાતા વીજતારમાં વધુ ભાર(overload) પેદા કરે છે અને પરિણામે પાવર-ટ્રાન્સફૉર્મરમાં મોટું જંક્શન પેદા કરી શકે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં દર મિનિટે થતા ફેરફારોના ફોટા મૅન્ગેટોગ્રામ દ્વારા ચુંબકીય અવલોકનશાળાઓમાં લેવામાં આવે છે. ચુંબકીય તોફાન વખતે ક્ષેત્રમાં થતો ફેરફાર અનિયમિત, ગૂંચવણભર્યો અને ચંચળ હોય છે; છતાં પણ પૃથ્વીના રેખાંશોને લંબદિશામાં નિયમિત જોવા મળ્યા છે. નિયમિત રીતે થતા ફેરફારો સામાન્ય પરસ્પરવિરુદ્ધ વીજપ્રવાહ-વર્તુળોની મદદથી સમજી શકાય છે, જેમને ‘ઇલેક્ટ્રૉજેટ’ કહેવાય છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં દરરોજ થતા ફેરફારો, ચુંબકીય તોફાનોની ભૂચુંબકીય અસરો ઉપરાંત ઉપસાગરો, ભૂચુંબકીય સ્પંદનો અને સૂર્યજ્વાળાઓ પણ અસર કરતાં હોય છે. આવાં પરિબળોને ‘ગૂંથણ’ (crochets) કહે છે.
કેટલાંક ઇલેક્ટ્રૉજેટ ધ્રુવીય પ્રદેશની નજીક તેમજ ચુંબકીય ધ્રુવમાંથી થતાં પ્રકાશમય વિદ્યુતવિકિરણ-વિસ્તાર(auroral zone)માં કલાકો સુધીમાં મહત્તમ શક્તિ પ્રાપ્ત કરી લે છે; ત્યારબાદ તે ક્ષય પામે છે. આ વીજપ્રવાહ-ઉદગમ ભૂચુંબકીય ક્ષેત્રને લાંબા સમય (કલાકો) સુધી તીવ્રતા બક્ષે છે અને આ તીવ્ર ચુંબકીય ક્ષેત્રને ‘ચુંબકીય ઉપસાગર’ (magnetic bays) કહે છે અને તે સંચારણને સંપૂર્ણ રીતે ખોરવી નાંખે છે.
ભૂચુંબકત્વ પ્રત્યાવર્તી કે તેના જેવા તરંગો પેદા કરે છે. તેમની આવૃત્તિ ઊંચી હોય છે. કેટલીક વખત તે વીજળી પણ પેદા કરે છે અને સામાન્ય રીતે તેની દિશા ઉત્તરથી દક્ષિણ તરફ હોય છે. નીચી આવૃત્તિ ધરાવતા તરંગોને હાઇડ્રૉમૅગ્નેટિક તરંગો કહે છે અને આવા નીચી આવૃત્તિ ધરાવતા તરંગો ધ્રુવીય પ્રદેશમાં નોંધી શકાયા છે.
ભૂચુંબકત્વક્ષેત્રનાં મૂલ્યાંકન ગણિતીય વિશ્લેષણ દ્વારા મેળવી શકાયાં છે. વિશ્લેષણમાં ગોલીય યામો (spherical co-ordinates) ધરાવતી લેજેન્ડ્રિયન શ્રેણીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ગોલીય યામો (r, θ, Φ) વડે દર્શાવવામાં આવે છે. આ સિવાય તે લાપ્લાસના સમીકરણને પણ સંતોષે છે. ગણિતીય વિશ્લેષણ દ્વારા પૃથ્વીના વીજપ્રવાહનું મૂલ્ય 0.2 એમ્પિયર/ચોકિમી. છે, જે વાતાવરણના વીજપ્રવાહ કરતાં 104ગણું વધારે છે. આવો વીજપ્રવાહ ભૌતિકીય અવલોકન દ્વારા મેળવી શકાયો નથી. વીજપ્રવાહવાહિતાનું મૂલ્ય પૃથ્વીમાં 250 કિમી. ઊંડાઈએ 4 × 10–13 e.m.u., અને 1000 કિમી. ઊંડાઈએ 10–11 e.m.u. છે, જે કૉપરની વીજવાહકતા કરતાં 10–16 ભાગનું છે. સ્ટીવર્ડના બ્રિટાનિકા સિદ્ધાંત(Britannica theory of Steward)ની મદદથી સૂર્ય અને ચંદ્ર દ્વારા થતા ભૂચુંબકત્વમાંના ફેરફારોનું મૂલ્યાંકન થઈ શક્યું છે.
પૃથ્વી ફરતે મૂકવામાં આવેલાં અવકાશયાનો (satellites) અને ચંદ્ર તરફ મોકલવામાં આવેલાં અવકાશયાનો દ્વારા મળેલાં અવલોકન દ્વારા જણાયું છે કે પૃથ્વીની આજુબાજુ વાન એલન વિકિરણ પટ્ટો (Van allen radiation belt) આવેલો છે, જે ખૂબ જ તીવ્રતા ધરાવે છે. વિષુવવૃત્તની આજુબાજુ 2000 કિમી.ના અંતરે તે આવેલો છે. તે ખાસ કરીને અવકાશમાંથી આવતા ખૂબ જ શક્તિશાળી વિકિરણને લીધે છે. તે ખૂબ જ શક્તિશાળી ઇલેક્ટ્રૉન અને પ્રોટૉન ધરાવે છે અને તેમાં રહેલા આવા મૂળભૂત કણો સર્પિલ (spiral) ગતિ ધરાવે છે. તે પટ્ટો ભૂચુંબકત્વને લંબ દિશામાં આવેલો છે.
કિશોર પોરિયા