การสลับขั้วแม่เหล็กโลก

การสลับขั้วแม่เหล็กโลก () เป็นการเปลี่ยนแปลงทิศทางของสนามแม่เหล็กโลกโดยที่มีการสลับขั้วกันระหว่างขั้วแม่เหล็กเหนือกับขั้วแม่เหล็กใต้ ปรกติเหตุการณ์นี้จะเกี่ยวข้องกับการที่สนามแม่เหล็กโลกมีความเข้มข้นลดลง ตามด้วยการกลับคืนมาอย่างรวดเร็วหลังจากการสลับขั้วเกิดขึ้น เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นเป็นช่วงระยะเวลาตั้งแต่หลายหมื่นปีไปจนหลายล้านปี

ในช่วงต้นของศตวรรษที่ 20 บรรดานักธรณีวิทยาได้เริ่มสังเกตเห็นว่าหินภูเขาไฟบางแห่งมีสภาพเป็นแม่เหล็กในทิศทางที่ตรงกันข้ามจากที่คาดหวัง การตรวจสอบครั้งแรกเกี่ยวกับช่วงเวลาของการสลับขั้วแม่เหล็กนั้นดำเนินการโดยโมโตโนริ มัตสึยามะในช่วงทศวรรษที่ 1920 ซึ่งเป็นผู้สังเกตเห็นว่ามีหินในญี่ปุ่นที่มีสนามแม่เหล็กที่สลับขั้วและทั้งหมดมีอายุอยู่ในช่วงต้นของสมัยไพลสโตรซีนหรือแก่กว่า ในช่วงนั้นเขาได้ตีพิมพ์ข้อเสนอของเขาว่าสนามแม่เหล็กมีการสลับขั้ว แต่เรื่องราวเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กนั้นยังเป็นที่เข้าใจกันน้อยจึงมีผู้ให้ความสนใจกันน้อยถึงโอกาสที่สนามแม่เหล็กจะเกิดการสลับขั้ว.

สามทศวรรษต่อมา ได้มีทฤษฎีกล่าวถึงสาเหตุของสนามแม่เหล็กและบางส่วนก็รวมถึงโอกาสของการสลับขั้วด้วย การวิจัยสนามแม่เหล็กโลกโบราณทั้งหมดในช่วงปลายทศวรรษที่ 1950 นั้นเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งของขั้วแม่เหล็กและเกี่ยวกับทวีปจร แม้ว่าจะได้รับการค้นพบว่าหินบางชนิดมีการสลับขั้วในสนามแม่เหล็กขณะที่กำลังเย็นตัวลง ทำให้ดูเหมือนว่าหินอัคนีที่ถูกทำให้มีสภาพเป็นแม่เหล็กทั้งหมดมีร่องรอยของสนามแม่เหล็กโลก ณ ช่วงเวลาที่มันเย็นตัวลง แรกๆนั้นดูเหมือนว่าการสลับขั้วจะเกิดขึ้นทุกๆ 1 ล้านปีแต่ในช่วงทศวรรษที่ 1960 เป็นที่รู้กันว่าช่วงเวลาของการสลับขั้วนั้นไม่แน่นอน

เรือวิจัยในช่วงทศวรรษที่ 1950 – 1960 ได้มีการรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับความแปรผันในสนามแม่เหล็กโลกไว้ เพราะว่าเส้นทางการเดินเรือนั้นซับซ้อนประกอบกับข้อมูลด้านการนำร่องกับการอ่านค่าจากเครื่องวัดสนามแม่เหล็กนั้นมีความยุ่งยาก แต่เมื่อข้อมูลทั้งหมดถูกพลอตลงบนแผนที่กลับทำให้เห็นว่ามีแถบสนามแม่เหล็กที่เป็นระเบียบและต่อเนื่องตลอดพื้นมหาสมุทรอย่างน่าพิศวง

ในปี 1963 เฟรดเดอริกค์ ไวน์ และ ดรัมมอนด์ แมตทิวส์ ได้ให้คำอธิบายง่ายๆโดยการผสมผสานทฤษฏีการแยกเคลื่อนที่แผ่ออกของพื้นมหาสมุทรของแฮรี แฮมมอนด์ เฮสส์กับความรู้ด้านมาตรธรณีกาลของการสลับขั้วแม่เหล็กว่า ถ้าพื้นทะเลที่เกิดขึ้นมาใหม่มีสนามแม่เหล็กโลกแบบปัจจุบันแล้ว การแยกแผ่ออกไปของพื้นมหาสมุทรจากเทือกเขากลางสมุทรจะก่อให้เกิดแถบสนามแม่เหล็กที่ขนานไปกับแนวเทือกเขานั้นๆ ลอว์เลนซ์ มอร์เลย์ ชาวแคนาดาก็ได้เสนออย่างอิสระโดยอธิบายในลักษณะคล้ายๆกันในเดือนมกราคม 1963 แต่ผลงานของเขาถูกปฏิเสธโดยวารสารวิทยาศาสตร์"เนเจอร์"และ "Journal of Geophysical Research" และก็ไม่ได้รับการตีพิมพ์จนกระทั่งปี 1967 ที่ได้ตีพิมพ์ใน "Saturday Review" ของสหรัฐอเมริกา

โครงการสำรวจทางธรณีวิทยาลามอนต์-โดเฮอร์ที ได้เริ่มต้นขึ้นในปี 1966 ทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบแนวตัดขวางสนามแม่เหล็กผ่านเทือกเขากลางสมุทรแปซิฟิก-แอนตาร์กติกว่ามีความสมมาตรกันและสดคล้องกับที่พบในเทือกเขากลางสมุทรเรย์กจาเนสของมหาสมุทรแอนแลนติกเหนือ ค่าความผิดปรกติของสนามแม่เหล็กในลักษณะเดียวกันนี้มีการค้นพบในพื้นมหาสมุทรทั้งหมดทั่วโลกและทำให้สามารถประมาณการช่วงเวลาของการเกิดแผ่นเปลือกโลกใต้มหาสมุทรได้

จากการวิเคราะห์ข้อมูลแม่เหล็กโลกโบราณ ทำให้เดี๋ยวนี้ทราบได้ว่าสนามแม่เหล็กโลกได้มีการสลับขั้วมานับเป็นหมื่นๆครั้งแล้วตลอดประวัติของโลก ด้วยการเพิ่มความแม่นยำของตารางเวลาขั้วแม่เหล็กโลก (Global Polarity Timescale - GPTS) ทำให้ทราบได้ว่าอัตราการเกิดการสลับขั้วนั้นมีความแปรผันตลอดระยะเวลาในอดีตกาล บางช่วงเวลาทางธรณีวิทยา (อย่างเช่น ช่วงสนามแม่เหล็กแบบนอร์มอลที่ยาวนานยุคครีเทเชียส (Cretaceous Long Normal) สังเกตได้ว่าสนามแม่เหล็กโลกมีการรักษาทิศทางการวางตัวแบบนอร์มอลอยู่ทิศทางเดียวเป็นระยะเวลาที่ยาวนานนับเป็นสิบๆล้านปีเลยทีเดียวโดยมีทิศทางแบบรีเวอร์สเพียง 2 ครั้งรวมเป็นระยะเวลาเพียง 50,000 ปีเท่านั้น ทิศทางของสนามแม่เหล็กโลกแบบรีเวอร์สครั้งสุดท้ายคือช่วงรีเวอร์สบรุนเฮส-มัตสึยามะเมื่อประมาณ 780,000 ปีที่ผ่านมานี่เอง

ความคิดเห็นทางวิทยาศาสตร์ถึงสาเหตุของการเกิดการสลับขั้วแม่เหล็กโลกนั้นแบ่งออกเป็นหลายความคิดเห็น นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากเชื่อว่าการสลับขั้วแม่เหล็กโลกเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นเป็นปรกติธรรมดาของทฤษฎีไดนาโมที่เป็นต้นเหตุของการเกิดสนามแม่เหล็ก มีการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์สังเกตพบว่าบางครั้งเส้นสนามแม่เหล็กมีลักษณะยุ่งเหยิงและไม่เป็นระเบียบผ่านการเคลื่อนไหวที่ไร้ระเบียบ (chaotic motion) ของโลหะที่เป็นของเหลวในส่วนของแกนโลก

ในการจำลองบางครั้งก็เกิดความไม่เสถียรที่สนามแม่เหล็กทำให้เกิดการสลับขั้วอย่างรวดเร็วไปในทิศทางที่ตรงกันข้าม ลักษณะเช่นนี้ได้รับการสนับสนุนจากการสังเกตสนามแม่เหล็กดวงอาทิตย์ที่มีการสลับขั้วได้เองทุกๆ 7 – 15 ปี อย่างไรก็ตามจากการสังเกตพบว่าความเข้มข้นในสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์นั้นจะเพิ่มขึ้นสูงมากในช่วงที่มีการสลับขั้วขณะที่การสลับขั้วทั้งหมดบนโลกของเราดูเหมือนว่าจะเกิดขึ้นในช่วงที่สนามแม่เหล็กมีสภาพที่อ่อนตัวลง

วิธีการคำนวณในปัจจุบันมีการนำมาใช้ทำให้อยู่ในรูปแบบที่ง่ายลงอย่างมากเพื่อที่จะสร้างแบบจำลองที่จะให้ได้มาตรเวลาที่ได้รับการยอมรับกันสำหรับโครงการวิจัย

มีแนวคิดอันหนึ่งโดยริชาร์ด มูลเลอร์ที่ว่าการสลับขั้วแม่เหล็กโลกไม่ได้เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองแต่ถูกกระทำโดยเหตุจากภายนอกที่ไปขัดจังหวะการไหลของสารในแกนโลกโดยตรง กระบวนการทั้งหลายอาจรวมถึง การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกเข้าไปถึงส่วนของเนื้อโลกโดยเพลตเทคโทนิกที่แนวมุดตัว การเริ่มต้นของแมนเทิลพลูมจากขอบเขตรอยต่อของแกนเนื้อโลก และอาจรวมถึงแรงเฉือนของแกนเนื้อโลกที่เกิดจากการกระแทกอย่างใหญ่หลวง ผู้ให้การสนับสนุนทฤษฎีนี้ถือว่าเหตุการณ์ต่างๆเหล่านี้สามารถนำไปสู่การขัดจังหวะในวงกว้างของไดนาโมจนเกิดการหมุนกลับของสนามแม่เหล็กโลกได้ เพราะว่าสนามแม่เหล็กจะมีสภาวะที่เสถียรไม่เป็นแบบเหนือ-ใต้อย่างที่เห็นในปัจจุบันหรือไม่ก็เสถียรในทิศทางตรงกันข้าม พวกเขาเสนอว่าเมื่อสนามแม่เหล็กกลับคืนจากการถูกขัดจังหวะหนึ่งๆมันก็จะเลือกเองว่าจะไปอยู่ในสถานะไหนซึ่งนั่นหมายความว่าการกลับคืนจะเป็นแบบรีเวอร์สเสียประมาณครึ่งหนึ่งของทั้งหมด การขัดจังหวะสั้นๆซึ่งไม่ส่งผลให้เกิดรีเวอร์สก็เป็นที่รู้จักกันและเรียกกันว่า geomagnetic excursion

การสลับของสนามแม่เหล็กในอดีตสามารถพบถูกบันทึกอยู่ในแร่เหล็กของแหล่งสะสมตะกอนที่แข็งตัวเป็นหินหรือในลาวาภูเขาไฟที่เย็นตัวลงบนพื้นโลก อย่างไรก็ตามเดิมทีนั้นการสลับของสนามแม่เหล็กโลกในอดีตสังเกตเห็นเป็นครั้งแรกจากค่าผิดปรกติของแถบแม่เหล็กบนพื้นมหาสมุทร ลอว์เลนซ์ มอร์เลย์ เฟรด ไวน์ และ ดรัมมอนด์ แมตทิวส์ได้ทำการเชื่อมต่อการแยกเคลื่อนที่แผ่ออกของพื้นสมุทรในสมมุติฐานมอร์เลย์-ไวน์-แมตทิวส์ ซึ่งต่อมานำไปสู่การพัฒนาทฤษฎีเพลตเทคโทนิก ที่ก่อให้เกิดที่ว่าพื้นสมุทรมีการแยกเคลื่อนที่แผ่ออกไปในอัตราที่ค่อนข้างคงที่ นี้ยังผลให้แถบบนพื้นสมุทรจากการที่ขั้วของสนามแม่เหล็กโลกในอดีตสามารถอนุมานได้จากข้อมูลการวัดค่าของเครื่องวัดสนามแม่เหล็กไปตามพื้นสมุทร อย่างไรก็ตามเพราะว่าไม่มีพื้นสมุทรส่วนที่ไม่เกิดการมุดตัว (หรือพื้นสมุทรที่เคลื่อนย้อนมุมต่ำไปบนแผ่นทวีปอย่างเช่นกรณีของโอฟิโอไลต์) ที่มีอายุมากว่าประมาณ 180 ล้านปี ดังนั้นจึงมีความจำเป็นที่จะต้องใช้วิธีการอื่นๆที่จะตรวจหาการสลับขั้วที่มีอายุแก่กว่านี้ หินตะกอนทั้งหมดประกอบไปด้วยแร่ที่อุดมไปด้วยเหล็กจำนวนเล็กน้อยซึ่งทิศทางการวางตัวได้รับอิทธิพลมาจากสนามแม่เหล็กโลก ณ ช่วงเวลาที่มันสะสมตัวอยู่ ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมมีความเป็นไปได้ที่จะสกัดข้อมูลความแปรผันในสนามแม่เหล็กออกจากเนื้อหินตะกอนชนิดต่างๆได้ อย่างไรก็ตามกระบวนการการก่อเกิดใหม่ (diagenesis) หลังจากการฝังกลบอาจทำลายหลักฐานของสนามแม่เหล็กดั้งเดิมเหล่านี้ได้

เพราะว่าสนามแม่เหล็กพบอยู่ทั่วโลก การหารูปแบบความแปรผันของสนามแม่เหล็กที่มีรูปแบบอย่างเดียวกัน ณ ที่ตำแหน่งต่างๆกันนั้นเป็นวิธีการหนึ่งที่จะใช้ในการเปรียบเทียบอายุของชั้นหินระหว่างตำแหน่งที่แตกต่างกันได้ ในช่วง 4 ทศวรรษที่ผ่านมาจำนวนข้อมูลแม่เหล็กโลกโบราณเกี่ยวกับอายุของพื้นสมุทรจำนวนมาก (เก่าแก่ถึงประมาณ 250 ล้านปีมาแล้ว) ถูกเก็บและกลายเป็นเครื่องมือที่สะดวกและมีความสำคัญที่จะประมาณการอายุของภาคตัดขวางทางธรณีวิทยา มันไม่ใช่เป็นวิธีการหาอายุได้โดยตรงแต่จะขึ้นอยู่กับวิธีการหาอายุแบบสัมบูรณ์เหมือนวิธีการทางกัมมันตรังสีเพื่อให้ได้อายุที่เป็นตัวเลข มันกลายเป็นสิ่งที่เป็นประโยชน์สำหรับนักธรณีวิทยาหินอัคนีและหินแปรที่การใช้ซากดึกดำบรรพ์ดัชนีในการประมาณการอายุเป็นสิ่งที่ไม่เคยหาได้มาก่อน

อัตราของการเกิดรีเวอร์สในสนามแม่เหล็กโลกนั้นมีความแปรผันกว้างตลอดระยะเวลา ในช่วง 72 ล้านปีที่ผ่านมาสนามแม่เหล็กมีการเกิดรีเวอร์ส 5 ครั้งในช่วงหลายล้านปีหนึ่งๆ ในช่วง 4 ล้านปีหนึ่งที่ช่วงกึ่งกลางอยู่ที่ 54 ล้านปีมาแล้วมีการเกิดรีเวอร์ส 10 ครั้ง ที่ประมาณ 42 ล้านปีมาแล้วมีจำนวนรีเวอร์ส 17 ครั้งในช่วงระยะเวลา 3 ล้านปี ในช่วง 3 ล้านปีที่ช่วงกึ่งกลางอยู่ที่ 24 ล้านปีมาแล้วมีการเกิดรีเวอร์ส 13 ครั้ง มีจำนวนรีเวอร์สไม่น้อยกว่า 51 ครั้งที่เกิดขึ้นในช่วงระยะเลา 12 ล้านปีที่ช่วงกึ่งกลางอยู่ที่ 15 ล้านปีมาแล้ว มหายุคของการเกิดรีเวอร์ซอลบ่อยๆนี้จะมีช่วงซูเปอร์ครอนส์ไม่กี่ครั้ง (ซูเปอร์ครอนส์หมายถึงช่วงที่ไม่มีการสลับขั้วเกิดขึ้นเลยเป็นระยะเวลายาวนาน)

โดยทั่วไปแล้วความถี่ของการสลับขั้วแม่เหล็กโลกนั้นมีลักษณะสุ่มอย่างไม่แน่นอน และในปี 2006 จำนวนรึเวอร์สที่รู้จักกันมีความสอดคล้องกับหลักความน่าจะเป็นอย่างต่อเนื่องแบบ Lévy distribution

มีช่วงระยะเวลาที่ยาวนานอยู่ช่วงหนึ่งที่ไม่มีทิศทางการวางขั้วแม่เหล็กแบบรีเวอร์สเลยคือช่วงนอร์มอลที่ยาวนานยุคครีเทเชียส (Cretaceous Long Normal หรือที่เรียกกันว่า ซูเปอร์ครอนส์ยุคครีเทเชียส หรือ C34) ซึ่งเป็นช่วงระยะเวลาจาก 120 ถึง 83 ล้านปีมาแล้ว ช่วงระยะเวลาดังกล่าวนี้อยู่ในช่วงของยุคครีเทเชียสจากแอพเตียนตลอดจนถึงแซนโตเนียน

มีสิ่งที่น่าสนใจอันหนึ่งเมื่อพิจารณาที่ความถี่ของการเกิดการสลับขั้วแม่เหล็กก่อนจะถึงและหลังจากช่วงซูเปอร์ครอนส์ยุคครีเทเชียสกล่าวคือ ช่วงก่อนที่จะถึงช่วงซูเปอร์ครอนส์ความถี่ของการสลับขั้วมีการลดลงอย่างต่อเนื่องไปจนไม่มีการสลับขั้วเลยในช่วงซูเปอร์ครอนส์ และหลังช่วงซูเปอร์ครอนส์ความถี่ของการสลับขั้วก็กลับมามีการเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆตลอด 80 ล้านปีต่อมาจนถึงปัจจุบัน

โซนสงบยุคจูแรสซิกคือแนวตัดขวางหนึ่งของพื้นท้องทะเลที่ปราศจากแถบแม่เหล็กโดยสิ้นเชิงขณะที่ที่สามารถพบได้ในบริเวณอื่นๆ นี่หมายความว่ามีช่วงระยะเวลาช่วงหนึ่งที่ขั้วแม่เหล็กมีเสถียรในช่วงยุคจูแรสซิกคล้ายๆกับช่วงซูเปอร์ครอนส์ยุคครีเทเชียส มีความเป็นไปได้อันหนึ่งคือมันเป็นแนวตัดขวางของพื้นท้องทะเลที่มีอายุแก่ที่สุดที่สภาพของการเป็นแม่เหล็กที่เคยเป็นถูกขจัดไปโดยสิ้นเชิงจนถึงปัจจุบัน โซนสงบยุคจูแรสซิกพบบริเวณขนานไปกับขอบของแผ่นทวีปในมหาสมุทรแอตแลนติกและรวมไปถึงหลายส่วนทางด้านตะวันตกของมหาสมุทรแปซิฟิก (อย่างเช่นทางตะวันออกของร่องลึกก้นสมุทรมาเรียนา)

ช่วงระยะเวลาอันยาวนานที่ปราศจากการสลับขั้วแม่เหล็กโลกนี้อยู่ที่ช่วงปลายของยุคคาร์บอนิเฟอรัสไปจนถึงช่วงปลายของยุคเพอร์เมียนจากประมาณ 316 – 262 ล้านปีมาแล้ว สนามแม่เหล็กอยู่ในทิศทางตรงกันข้ามกับสภาพปัจจุบัน ชื่อเกียแมนได้มาจากชื่อหมู่บ้านในออสเตรเลียบริเวณที่หลักฐานทางธรณีวิทยาของซูเปอร์ครอนส์นี้ถูกค้นพบในปี 1925.

ช่วงระยะเวลานี้อยู่ในยุคออร์โดวิเชียน (485 ถึง 463 ล้านปีมาแล้ว) ที่ถูกสงสัยว่าจะเป็นช่วงซูเปอร์ครอนส์อีกอันหนึ่ง (พาว์ลอฟ และแกลเลต์ 2005 - Episodes, 2005) แต่จนถึงปัจจุบันสิ่งที่อาจเป็นซูเปอร์ครอนส์นี้พบเฉพาะที่แนวตัดขวางแม่น้ำโมเยโรทางตอนเหนือของอาร์คติกเซอร์เคิลในไซบีเรียเท่านั้น

ในปัจจุบัน สนามแม่เหล็กโลกทั้งหมดกำลังอ่อนตัวลงในอัตราหนึ่งที่หากยังคงดำเนินต่อไปจะส่งผลทำให้สนามแม่เหล็กแบบขั้วคู่เกิดการเสียสภาพชั่วคราวในช่วงประมาณปี ค.ศ. 3000 – 4000 ค่าผิดปรกติแอตแลนติกใต้ถูกเชื่อโดยบางคนว่าเป็นผลมาจากปรากฏการณ์นี้ ความเสื่อมสภาพอย่างรุนแรงในปัจจุบันนี้ลดลงประมาณ 10 – 15% ตลอด 150 ปีที่ผ่านมาและมีอัตราที่เพิ่มขึ้นในช่วงหลายปีที่ผ่านมานี้ด้วย อย่างไรก็ตามความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กโลกมีการลดลงอย่างต่อเนื่องจากค่าสูงสุด 35% ในปัจจุบันจากเมื่อประมาณ 2000 ปีที่แล้วมา อย่างไรก็ตามอัตราการลดลงของความเข้มสนามแม่เหล็กในปัจจุบันอยู่ในช่วงของการแปรผันที่ปรกติดังที่ปรากฏบันทึกสนามแม่เหล็กในอดีตที่ปรากฏอยู่ในเนื้อหิน

ธรรมชาติของสนามแม่เหล็กโลกเป็นหนึ่งในความผันผวนแบบเฮเทอโรสเคดาสติก การวัดค่าอย่างฉับพลันหรือการวัดค่าหลายๆครั้งตลอดช่วงเวลาเป็นทศวรรษหรือศตวรรษพบว่ามีการเปลี่ยนแปลงไม่เพียงพอที่จะต่อขยายแนวโน้มทั้งหมดในค่าความแกร่งของสนามแม่เหล็ก มีการขึ้นๆลงๆในอดีตโดยยังไม่ทราบเหตุผล นอกจากนี้ความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กแบบขั้วคู่ในระดับท้องที่ (หรือความผันผวน) ยังไม่เพียงพอที่ทราบลักษณะของสนามแม่เหล็กโลกในภาพรวมทั้งหมดขณะที่มันก็ไม่ได้เป็นสนามแม่เหล็กแบบขั้วคู่อย่างจริงๆด้วย องค์ประกอบของขั้วคู่ของสนามแม่เหล็กโลกสามารถจะลดลงได้แม้ขณะที่สนามแม่เหล็กทั้งหมดจะยังคงที่หรือเพิ่มขึ้น

ขั้วเหนือแม่เหล็กของโลกกำลังมีการเคลื่อนที่จากแคนาดาเหนือไปยังไซบีเรียด้วยอัตราความเร่งในปัจจุบันประมาณ 10 กิโลเมตร/ปีที่ช่วงต้นของศตวรรษที่ 20 และเพิ่มขึ้นเป็น 40 กิโลเมตร/ปีในปี 2003 ปัจจุบันยังคงไม่ทราบว่าการเคลื่อนที่นี้จะมีความต่อเนื่องในความเร่งหรือไม่

แกลตซ์เมียร์และผู้ร่วมงานพอล โรเบิร์ตแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแอนเจลิส (UCLA) ได้จัดทำแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของแม่เหล็กไฟฟ้า กระบวนการพลศาสตร์ของไหลภายในโลก และคำนวณออกมาด้วยเครย์ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ผลลัพธ์ได้ลักษณะที่สำคัญของสนามแม่เหล็กตลอดระยะเวลามากกว่า 40,000 ปี (ปีจำลอง) นอกจากนี้สนามแม่เหล็กที่ได้จากการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์นี้มีการสลับขั้วด้วย

เพราะว่าเราไม่เคยพบว่าสนามแม่เหล็กจะเกิดการสลับขั้วได้โดยฝีมือมนุษย์ด้วยเครื่องมือใดๆ และกลไกลของการเกิดสนามแม่เหล็กนั้นก็ยังไม่เป็นที่เข้าใจกันดีนัก มันจึงเป็นการยากที่จะกล่าวว่าลักษณะอย่างไรของสนามแม่เหล็กที่จะนำไปสู่การสลับขั้ว บ้างก็คาดเดากันว่าสนามแม่เหล็กที่ลดลงอย่างมากในช่วงที่กำลังมีการสลับขั้วนั้นจะทำให้พื้นผิวโลกขาดสิ่งปิดบังและสร้างความเสียหายอย่างใหญ่หลวงอันเนื่องมาจากการเพิ่มขึ้นของการแผ่รังสีคอสมิก อย่างไรก็ตามมนุษย์โบราณ (Homo erectus) และบรรพบุรุษของเขาก็อยู่รอดมาได้จากเหตุการณ์การสลับขั้วแม่เหล็กโลกในอดีตที่ผ่านมาหลายครั้งแล้ว และก็ไม่มีหลักฐานว่าการสลับขั้วแม่เหล็กโลกนั้นจะมีผลต่อการสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต มีการอธิบายหนึ่งที่อาจเป็นไปได้ที่ว่าลมสุริยะอาจจะมีผลชักนำให้สนามแม่เหล็กในชั้นบรรยากาศไอออนโนสเฟียร์ให้เป็นเกราะป้องกันพื้นผิวโลกจากอนุภาคมีพลังงานอย่างรังสีคอสมิกแม้ว่าจะอยู่ในสภาพที่ไร้สนามแม่เหล็กแบบนอร์มอลของโลกก็ตาม