การลำดับชั้นสนามแม่เหล็กบรรพกาล
หลักการเบื้องต้น

หลักการเริ่มต้นของการลำดับชั้นสนามแม่เหล็กบรรพกาลก็เพื่อนำไปประยุกต์ในการศึกษาหินภูเขาไฟและตะกอนที่มีอายุน้อยกว่าหรือประมาณ 5 ล้านปี เทคนิคของการลำดับชั้นสนามแม่เหล็กบรรพกาล เพิ่งจะถูกประยุกต์ใช้กับหินที่มีอายุเก่าแก่กว่านั้นและช่วงการวัดระยะเวลาของขั้วแม่เหล็กก็ได้ขยายย้อนไปจนถึงยุคจูราสสิกและบางส่วนของยุคที่เก่าแก่กว่านั้นแล้ว การลำดับชั้นสนามแม่เหล็กบรรพกาลได้เริ่มต้นจากการค้นพบว่าแร่เหล็กจำนวนมากในหินภูเขาไฟและหินตะกอนสามารถบ่งบอกทิศทางของสนามแม่เหล็กโลกในช่วยเวลาที่หินกำเนิดขึ้นมาในช่วงเวลาเย็นตัวของหินหลอมเหลว แร่ธาตุจะถูกถ่ายทอดความเป็นแม่เหล็กตามทิศทางของสนามแม่เหล็กโลกในช่วงเวลานั้นและทำให้เกิดการแข็งตัวภายใต้อุณหภูมิช่วง 500-600 องศาเซลเซียส สำหรับเหล็กออกไซด์ซึ่งเรียกว่า Curie point คือเมื่อหินอยู่ในช่วงอุณหภูมิดังกล่าวอิทธิพลของสนามแม่เหล็กจะส่งแรงกระทำต่อมันและอะตอมในสนามแม่เหล็กที่อยู่ใน crystal lattices ของแร่จะเริ่มเรียงตัวขนานกับของอีกอันหนึ่งและขนานกับทิศทางของสนามแม่เหล็กโลก เมื่อหินเย็นตัวต่อไปอีกอะตอมเหล่านี้ก็จะยังอยู่ในแนวการเรียงตัวเช่นนี้ทำให้แร่ที่อยู่ในธรรมชาติเหล่านี้ก็จะกลายเป็นแม่เหล็ก โดยจะมีขั้วขนานกับสนามแม่เหล็กโลกระหว่างการตกตะกอนของหินตะกอน แร่ขนาดเล็กที่มีสมบัติเป็นแม่เหล็กสามารถที่จะหมุนตัวไปตามช่องว่างในขณะที่เป็นตะกอนอ่อนอยู่บริเวณผิวหน้าและจะมีกลไกการเรียงตัวไปตามทิศของสนามแม่เหล็กโลก นี่คือการจัดเรียงตัวของแร่แม่เหล็กในหินภูเขาไฟและหินตะกอนที่ทำให้ทราบคุณสมบัติสำคัญทางแม่เหล็กของหิน คุณสมบัติเหล่านี้ถูกเก็บเอาไว้เป็นระยะเวลานานเว้นแต่ว่าหินนั้นจะได้รับความร้อนในระดับ Curie point อีกครั้ง ดังนั้น อำนาจแม่เหล็กที่ยังตกค้างอยู่จะเรียกว่า remanent magnetism เนื่องมาจากหินตะกอนขนาดเล็กอาจถูกรบกวนจาก bioturbating organism หรือจากกระบวนการทางเคมีและกายภาพในระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและเคมีในชั้นหินนั้น ในช่วงเวลาสลายตัวและแข็งตัวกระบวนการถ่ายทอดความเป็นแม่เหล็กของหินตะกอนก็จะมีความเสถียรน้องลงกว่าที่เคยเป็น และจะทำให้แม่เหล็กอ่อนลงกว่า Canic lavas การศึกษา remanent magnetism ในหินที่มีอายุต่างกันออกไป เพื่อที่จะหาความหนาแน่นและทิศทางของสนามแม่เหล็กในยุคต่าง ๆ ของธรณีวิทยาเรียกว่า paleomagnetism
Remanent magnetism วัดได้โดยเครื่องมือที่เรียกว่า magnetometers เครื่องนี้รุ่นแรก ๆ สามารถวัดความหนาแน่นและทิศทางของสนามแม่เหล็กได้เฉพาะหินภูเขาไฟและ highly magnetized iron-bearing red sediments magnetometers รุ่นที่ดีที่สุดในขณะนี้ สามารถวัดได้แม้จะมีความเป็นแม่เหล็กน้อยรวมทั้งหินคาร์บอเนต Remanent magnetism มีความซับซ้อนและสามารถรวมเข้าไปอยู่ใน secondary magnetism ที่เกิดจากผลกระทบที่ยาวนานของสนามแม่เหล็กโลกในปัจจุบันหรือจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของธาตุแม่เหล็กอันหนึ่งไปสู่อีกอันหนึ่งเทคนิคการขจัดแม่เหล็กสามารถทำได้เมื่อต้องการทำลายผลกระทบที่เกิดจาก secondary magnetic ในห้องทดลอง ดังนั้นก็จะสามารถวัด primary magnetization ได้ นี่คือส่วนประกอบของ primary magnetic ซึ่งบันทึกลักษณะของสนามแม่เหล็กโลกในขณะที่มันก่อตัวขึ้นและเป็นสิ่งที่น่าสนใจในการศึกษาวิชาธรณีวิทยา สิ่งสำคัญของ primary remanent magnetism สำหรับการศึกษาธรณีวิทยามีเหตุมาจาก ความจริงที่ว่าสนามแม่เหล็กโลกไม่คงสภาพเดิมตลอดช่วงเวลาเก่าแก่ในธรณีวิทยา แต่กลับถูกค้นพบว่ามีการเปลี่ยนแปลงอยู่บ่อย ๆ อำนาจแรงดึงดูดของสนามแม่เหล็กบนพื้นโลกเกิดจากความเข้าใจผิด ๆ บางประการว่าเกิดจากการเคลื่อนที่ของของเหลวที่มีนิกเกิดและเหล็กในปริมาณสูงในบริเวณรอบ ๆ แกนโลก การเคลื่อนที่นี้ถูกสันนิษฐานว่าได้รับการควบคุมจากการพาความร้อนโดยอุณหภูมิและจากแรง Coriolis ที่เกิดจากการหมุนของโลก การศึกษาเกี่ยวกับ remanent magnetism ในหินภูเขาไฟและหินตะกอน แสดงให้เห็นว่า ส่วนประกอบหลักของขั้วแม่เหล็ก 2 ขั้วในสนามแม่เหล็กโลก ที่มุ่งไปข้างหน้าจะถูกพลิกกลับขั้วในช่วงเวลาที่ไม่แน่นอนจาก Precambrian time เห็นได้ชัดจากการพาความร้อนที่ไม่คงที่บริเวณรอบแกนโลก เมื่อสนามแม่เหล็กโลกมีสภาพขั้วในทิศทางหนึ่งแล้ว จะกล่าวได้ว่ามีขั้วที่ปกติเมื่อเปลี่ยนขั้วไป 180 องศาก็จะถูกเรียกว่ากลับขั้ว การกลับตัวของขั้วสนามแม่เหล็กโลกถูกบันทึกไว้ในหินตะกอนและหินภูเขาไฟในรูปแบบขั้วที่ปกติและเมื่อกลับขั้วแล้ว ทิศทางของสนามแม่เหล็กในหินถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจนโดย north-seeking magnetization ถ้า north-seeking magnetization ของก้อนหินชี้ไปที่ขั้วเหนือของสนามแม่เหล็กโลกในปัจจุบัน แสดงว่าหินนั้นมีขั้วปกติ แต่ถ้า north-seeking magnetization ชี้ไปที่ขั้วแม่เหล็กใต้ ก็แสดงว่าหินนั้นกลับขั้วหรือมีขั้วกลับกัน ดังนั้น หินตะกอนและหินภูเขาไฟที่แสดงขั้วตรงกับขั้วของสนามแม่เหล็กโลกในปัจจุบันก็จะเรียกว่าขั้วปกติ ในขณะที่หินที่มีขั้วตรงกันข้ามจะเรียกว่าขั้วกลับ reverse polarity การกลับขั้วของแรงดึงดูดของสนามแม่เหล็กโลกบนพื้นโลกเหล่านี้เกิดขึ้นในระยะเวลาเดียวกันกับมหันตภัยบนพื้นโลก ดังนั้นมันจะมีสัญลักษณ์ทางธรณีวิทยาในหินภูเขาไฟหรือหินตะกอน กระบวนการการกลับขั้วนั้นใช้เวลา 1,000-10,000 ปี (Clement, Kent and Opdyke, 1982) ความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กโลกจะลดลง 60-80 % ก่อนที่จะเกิดการกลับขั้วประมาณ 10,000 ปี การกลับขั้วจะใช้เวลาประมาณ 1,000-2,000 ปี ตามด้วยการเพิ่มของความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กของอีก 10,000 ปี ข้างหน้า (Cox, 1969) แม้ว่าจะมีการกลับขั้วครั้งล่าสุดเมื่อประมาณ 20,000 ปีที่ผ่านมาก็ตาม แต่การกลับตัวของสนามแม่เหล็กที่ไร้ซึ่งข้อสงสัยครั้งล่าสุดเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 70,0000 ปีที่ผ่านมา ในปีแรก ๆ ของ Paleomagnetic เชื่อว่า ช่วงของขั้วหนึ่ง ๆ ที่กินเวลาตั้งแต่ 100,000 ปีขึ้นไปเรียกว่า epochs แต่ช่วงที่ใช้เวลาประมาณ 10,000-100,000 ปี จะเรียกกันว่า events ปัจจุบันทราบกันดีว่า การกลับขั้วจะเกิดขึ้นได้หลากหลาย ช่วงเวลาเริ่มต้นน้อยที่สุดจาก 10,000 ปี จนถึง 10 ล้านปี อย่างไรก็ตาม นักธรณีวิทยายังคงใช้คำว่า epochs กับ events ในความหมายเดียวกัน ทั้ง ๆ ที่ความหมายแตกต่างกัน (epochs ในปัจจุบันมีความหมายเดียวกับ chrons) การลำดับชั้นสนามแม่เหล็กบรรพกาลในหิน pre-Pleistocene ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงขั้วในหินตะกอนหรือหินภูเขาไฟที่ทำให้เกิดลวดลายที่จดจำได้ง่าย ใช้ในจุดประสงค์เพื่อลำดับเหตุการณ์และหาความสัมพันธ์