簡介
磁極是由行星的液態金屬核心流動而產生的，磁極顛倒則是液態核心的流動方向發生改變的結果。
約6億年前的前寒武紀末期，到約5.4億年前的中寒武世，是反向磁性為主的時期；從中寒武世到約3.8億年前的中泥盆世，是正向磁性為主的時期；中泥盆世到約0.7億年前的白堊紀末，是以正向極性為主；白堊紀末至今，則是以反向極性為主。如果把地球的歷史縮短成一天，在這期間會發現指南針亂轉，一會指南一會指北。地球、太陽磁極都可能發生微小變動或磁極翻轉。
原理
這是美國宇航局發布的由“太陽-B”觀測衛星拍攝的太陽圖片,揭示了太陽光球和日冕之間色球層的動態特性。圖像顯示,太陽磁場比人類此前知道的要狂暴得多、動態得多。有電荷在運動才會產生磁場，因此地球的磁場與地球內部的帶電結構有關。
通常物質所帶的正電和負電是相等數量的，但由於地球核心物質受到的壓力較大，溫度也較高，約6000°C，內部有大量的鐵磁質元素，物質變成帶電量不等的離子體，即原子中的電子克服原子核的引力，變成自由電子，加上由於地核中物質受著巨大的壓力作用，自由電子趨於壓力較低的地幔，使地核處於帶正電狀態，地幔附近處於帶負電狀態，情況就象是一個巨大的“原子”。
由於地核的體積極大，溫度和壓力又相對較高，使地層的導電率極高，使得電流就如同存在於沒有電阻的線圈中，使地球形成了一個磁場強度較穩定的南北磁極。但是電子的分布位置並不是固定不變的，並會在許多因素影響下發生變化，再加上太陽和月亮的引力作用，地核的自轉與地殼、地幔並不同步，產生強大的交變電磁場，造成地球的南北磁極翻轉。
翻轉證據
磁極翻轉（想像圖）這種熔岩磁場改變的速度達到每天6度，比一般岩石要快1萬多倍。隨著熔岩的冷卻，它的磁像被保存在磁性晶體裡面。
研究者在內華達州的戰役山發現了約1500萬年前的古老熔岩。熔岩中保存的記錄經鑑定顯示，磁場每年移動了53度。熔岩開始變冷，但在一年內它被新的岩漿埋沒時，再次變熱。岩石中的晶體被新鮮岩漿再次磁化，產生了53度的改變。這意味著磁極交換隻要4年多時間就能完成。
科學計算
按照科學家計算，平均每20萬年，地球磁極翻轉一次，上次磁極翻轉是78萬年前，從1831年到2005年，磁北極向西北幾乎成一條直線的移動了1100公里。
在1995年之後，磁北極已離開加拿大陸地進入北極海，而且速度逐漸加快，已達每年60公里以上。科學家估計，如果方向和速度不變，磁北極將在2050年左右到達俄羅斯的西伯利亞。
影響因素
地球磁變可能受地球以外因素的影響。一般認為地球磁場直接來自地球液狀外核，間接來自地球液狀外核和固狀核心在地球自轉下相互的作用。
後果
磁極翻轉2012年12月份，有關“世界末日”的謠言在網際網路上傳播。其中“地球磁極將於2012年12月21日顛倒，這會給人類造成嚴重的災難……”。對此，天文專家表示，這一預測缺乏科學依據，因而公眾沒有必要為之擔憂。天文專家們表示，從歷史看，地球南北磁極遲早是會發生倒轉的，但是很難預測會在什麼時候發生。磁極顛倒是個無聲無息漸變的過程，完成這個過程至少需要幾千年，不可能在幾天之內逆轉。更不可能出現上一秒指北針指北，下一秒立刻變成指南的現象。從科學考察結果來看，人類還沒有發現磁極顛倒會給地球帶來滅絕性的災難。
學界觀點
專家認為，地球兩極目前正處在翻轉的階段，但他們不能確定何時發生。一旦翻轉，地球生命將暴露在具有突破臭氧層能力的太陽風中。這將給人類帶來毀滅性影響，會毀掉電網，從根本上改變地球氣候，大幅提高患癌率。
英國利物浦大學地球、海洋與生態學教授理察-霍姆表示：“這是一件非常嚴肅的事。你構想一下，要是你的電力供應癱瘓幾個月，會造成什麼樣的後果。如果這段時間沒有電，許多人就會無法正常工作。”
地球氣候會徹底改變。事實上，丹麥科學家最近開展的一項研究表明，全球變暖直接和磁場而不是二氧化碳排放有關。研究人員指出，由於進入大氣層的宇宙射線減少，地球正經歷一個低雲覆蓋的自然周期。
地面輻射也會增加。專家估計，暴露在宇宙射線中的整體曝光率將翻一倍，這會明顯增加癌症死亡率。研究人員預測，地球兩極發生翻轉期間，每年將有10萬人死於宇宙輻射水平的提高。英國倫敦大學學院馬拉德空間科學實驗室的科林-福西斯博士說：“輻射將比人造臭氧洞產生的多3到5倍。與此同時，這些臭氧洞還會變得比以前更大更長命。”
磁層是地球周圍一個很大的區域，由地球磁場產生。它的存在意味著太陽風的帶電粒子無法穿越磁力線，在地球附近偏離飛行軌道。各國空間機構現在正認真考慮這個威脅。2013年11月，作為“蜂群”任務的一部分，3艘太空飛行器發射升空。該任務的目標是弄清楚地球磁場正在發生什麼樣的變化。科學家希望通過這個任務繪製出更好的地球磁場地圖，幫助他們更好了解太空天氣對衛星通訊和全球定位系統的影響。
福西斯表示：“我們對地球內部有個基本了解，但我們不知道的依然有很多。我們沒有完全了解地球磁場是怎樣產生的、它發生變化的原因以及發生這些變化的時間表等。”蜂群任務將提供當前的地球磁場地圖。但科學家已用一個驚人來源——古老陶器發現地球磁場削弱的歷史證據。
這些研究人員發現，這些古老容器可能扮演著磁場時間囊的角色。這是因為它們含有磁鐵礦。古老陶器製成時，磁鐵礦物質就會像羅盤針一樣對準地球磁場。通過檢查史前和現代的陶器，科學家發現地球磁場已在過去幾個世紀內發生顯著變化。他們發現，地球磁場正處在一個不穩定的持久狀態中。磁場向北漂移，地球兩極每隔幾十萬年發生翻轉，所以指南針會指向南而不是北方。
如果地球磁場繼續變弱，再過幾十億年，地球就會死亡，變得像火星一樣。科學家說，火星曾是一個海洋世界，海水乾涸後，生命無法生存。但科學家稱，從地心角度來看，地球磁場變弱的速度太快，不會簡單地自行消亡。古老陶器的證據表明，地球兩極可能將要經歷另一個翻轉。
英國地質調查局說，地球兩極的磁場每隔幾百萬年發生平均四五次逆轉，地球目前正處在逾期一個相似事件的階段。福西斯表示：“我們現在不能準確判斷地球磁場是不是將要發生翻轉。我們只能記錄下170萬年左右的地球磁場情況。在這個時間的1%到15%內，都有可能發生一次翻轉。”
一旦發生翻轉，就會使地球磁屏在幾千年內持續變弱，削弱地球防禦力，使宇宙射線穿破大氣層。英國蘭卡斯特大學太空科學家吉姆-維爾德表示：“地球擁有一個雙層防護罩。太空充滿對生物組織造成嚴重傷害的物質。如果地球沒有大氣層，這些有害物質就會擊中我們。地球磁場保護大氣層免遭太陽風的傷害。”
福西斯說：“一些推測性研究顯示，地球磁場變弱時，我們就會看到大氣對流層的雲層覆蓋度增加以及兩極臭氧洞變大。這在北半球會特別明顯。臭氧洞區域內的臭氧可能最多失去40%，這遠大於現在失去的臭氧量。”
事實上，證據顯示一個地區已開始發生翻轉。霍姆表示：“南大西洋異常區變得越來越大，已經成為一個不容忽視的問題。在該地區上空飛行的衛星比在其他地方遇到的問題更多。天體物理學衛星飛行到這個位置時被迫關閉。但根據我的觀點，這不是個好現象，因為你將無法研究巴西雨林。”
美國宇航局磁層科學家莫娜-凱塞爾博士表示：“非常強的帶電粒子可能對衛星和太空人造成不利影響。”但科學家指出，雖然磁性翻轉會對人類帶來一些問題，卻不會成為一個毀滅性事件。霍姆說：“地球以前經歷過許多逆轉，但沒有證據顯示它們和任何大規模滅絕等災難性事件有關。”
不是所有弱磁場的影響都有害。太陽風衝擊地球大氣層時，每晚都會看到更加壯觀的極光景象。但科學家還需進行大量研究，才能了解地球深處的特性。地心是一個敵對世界，它裡面類似於太陽表面的壓碎力和溫度使人類的科學認識和能力受到很大限制。
維爾德表示：“這不是一個危言聳聽的理論。我們已經掌握證據，但還需進行更多研究才能了解地球兩極翻轉帶來的影響。我確信我們完全有能力找到一個解決方案。”
