แม่เหล็ก
แม่เหล็กมี 2 ขั้วเสมอ ขั้วเหนือและขั้วใต้ ถ้าแขวนแท่งแม่เหล็กให้เคลื่อนที่อย่างอิสระ เมื่อหยุดนิ่ง ขั้วที่ชี้ไปทางทิศเหนือ เรียกว่า ขั้วเหนือ (N) ขั้วที่ชี้ไปทางทิศใต้ เรียกว่า ขั้วใต้ (S) ขั้วแม่เหล็กทั้งขั้วเหนือและขั้วใต้จะดูดสารแม่เหล็กเสมอ เมื่อนำแม่เหล็ก 2 อันมาอยู่ใกล้กัน ขั้วเหมือนกันจะผลักกัน และขั้วต่างกันจะดูดกัน แรงดูดจะมีมากที่สุดที่บริเวณขั้วทั้งสองของแม่เหล็กและลดน้อยลงเมื่อถัดเข้ามา เส้นแรงแม่เหล็กมีทิศทางออกจากขั้วเหนือไปยังขั้วใต้ ทั้งสามมิติ สนามแม่เหล็กหมายถึงบริเวณที่แม่เหล็กส่งแรงไปถึง
การลำดับชั้นสนามแม่เหล็กบรรพกาล
หลักของการพัฒนาแสดงไว้ในแผนภาพที่รูปที่ 1 ซึ่งแสดง ลาวา 3 แบบ การระเบิดครั้งแรกสุดเมื่อประมาณ 1.9 ล้านปีมาแล้ว เมื่อครั้งนั้นสนามแม่เหล็กโลกยังเป็นขั้วปกติ ดังนั้นเมื่อลาวาเย็นตัวมันจะมีขั้วปกติ ชนิดที่ 2 เกิดจากการระเบิดเมื่อ 1.5 ล้านปี ผ่านมาแล้วซึ่งอยูในช่วงที่โลกกลับขั้วและครั้งล่าสุดระเบิดเมื่อ 0.5 ล้านปีหลังจากที่เกิดการสับขั้วเข้าสู่ขั้วปกติ แม้ว่าลาวาจะมีการเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิและการระเบิด แต่มีบางส่วนที่ยังคงขั้วเดิมของมันไว้จนถึงปัจจุบัน นักธรณีวิทยาสามารถสร้าง polarity time scale ของลาวาเหล่านี้โดยการวัด remanent dating โดยแสดงผลในตารางด้านซ้าย ความคิดหลักของ remanent magnetism เป็นที่รู้กันดีของบรรดานักธรณีวิทยา อย่างไรก็ตามก็มีผู้ศึกษาที่ศึกษาเกี่ยวกับความเป็นแม่เหล็กของหินเพียงจำนวนน้อยที่จะค้นคว้า ก่อนปี 1960 หลักฐานพื้นฐานของ การลำดับชั้นสนามแม่เหล็กบรรพกาลพัฒนาขึ้นเมื่อต้นปีและกลางปี 1960 ในช่วงเวลาสั้น ๆ ประมาณ 5 ปีของนักวิทยาศาสตร์ 2 กลุ่ม ที่ทำงานอย่างอิสระและแข่งขันกันอย่างมากกลุ่มหนึ่งอยู่ทางตอนเหนือของ California ในออสเตรเลีย นักวิทยาศาสตร์ได้จัดลำดับการพัฒนาของขั้วแม่เหล็กแต่ละช่วงอายุไว้โดย Cox (1973), Glen (1982), Mc Dougall (1977), and Watkin (1972) การกลับทิศทางขั้วแม่เหล็กเป็นเครื่องมือในการลำดับชั้น โดยบรรยายตามลักษณะการกลับขั้ว เราต้องทราบเวลาที่แม่เหล็กใช้ในการกลับขั้วแต่ละครั้ง เริ่มแรกเราจะหาอายุของขั้วแม่เหล็กในช่วงแรกในหินอัคนีภูเขาไฟบนพื้นโลกโดย K-Ar techniques เราสามารถประมาณอายุเป็นล้านปีได้ อาจมีค่าผิดพลาด 2% ซึ่งในเวลา 5 ล้านปีก็จะผิดพลาดไม่เกิน 0.1 ล้านปีPolarity time scale ในช่วง 7 ล้านปี เราหาได้จากความสัมพันธ์ของ Icelandic lavas ดังรูปที่ 2 ซึ่งเป็น original plate time scale แบ่งย่อยได้เป็น epochs แต่ละชื่อตั้งตามผู้ที่ค้นพบ และยังสามารถแบ่งเป็นช่วงสั้นๆตามแต่ละพื้นที่ ที่เราศึกษาสภาพความเป็นแม่เหล็กโบราณ ในการศึกษาขั้วแม่เหล็กของหินอัคนีภูเขาไฟบนบก แหล่งที่สำคัญเป็นอันดับที่2ของข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับเหตุการณ์การกลับขั้วแม่เหล็ก คือ รูปแบบของ linear anomaly ซึ่งค้นพบจากพื้นมหาสมุทรไปตาม mid-ocean ridges และได้เคยถูกตีความครั้งแรกโดย Vine และ Matthews (1963) ความผิดปกติทางแม่เหล็กส่งผลต่อการเบนทิศภูมิหลังของความเป็นแม่เหล็กของโลกทั้งในระดับท้องถิ่นและระดับไพศาล เส้นของขั้วแม่เหล็กบวกและลบของหิน(รูปที่ 3)รูปร่างเมื่อมองหยาบๆแล้วจะขนานกับยอดสันซึ่งกว้าง5-50กิโลเมตรและยาวหลายร้อยกิโลเมตร ซึ่งเป็นผลมาจากการกลับขั้วของแม่สนามเหล็กโลกในรูปแบบของลาวาไหลซึ่งระเบิดแล้วไหลไปตามยอดสัน แล้วเย็นตัวลงใต้ Curie point แล้วถูกดึงจากสันออกทางด้านข้าง ในขณะที่หินอัคนีภูเขาไฟใหม่เริ่มก่อตัวขึ้นและกลายเป็นแม่เหล็ก Vine และ Matthews(1963) สันนิษฐานว่ารูปแบบของ liner magnetic anomaly บนพื้นสมุทรเกี่ยวข้องกับช่วง normal, reverse polarity ในgeomagnetic time scale จากความจริงที่ว่า ความผิดปกติทางแม่เหล็กเมื่อมองหยาบๆแล้วจะขนานกับยอดสันนั้นเป็นหลักฐานอย่างดีที่ใช้ในการพัฒนาความคิดของ seafloor spreading การค้นพบ linear magnetic anomalies บนพื้นทวีปทำให้ geomagnetic time scale มีความเที่ยงตรง นักธรณีฟิสิกส์กำหนดหมายเลขเพื่อแสดงลักษณะเฉพาะทางความผิดปกติของแม่เหล็ก เริ่มตั้งแต่หมายเลข1ที่แกนของสัน ดังรูปที่ 4 ความผิดปกติของแม่เหล็กบนพื้นทวีปเองไม่ได้กำหนด reversal time scale เพราะโดยปกติแล้วไม่มีใครรู้อายุของหินอัคนีภูเขาไฟ อย่างไรก็ตามเราสามารถหาอายุได้โดยวิธีทางกัมมันตรังสีหรือทางชีวภาพได้ Polarity time scale สำหรับ Mesozoic และ Cenozoic oceanic events เราสามารถประเมินเวลาตาม mafic volcanic rock ในพื้นสมุทร (Heirtzler et al 1968) คาดว่าบริเวณใกล้พื้นสมุทรจะเป็นหินที่อ่อนที่สุดเป็นการกลับขั้วซึ่งบอกสนามแม่เหล็กโลก จากการสันนิษฐานจะมีการแผ่ออกประมาณ 1.7 เมตรต่อปี ตั้งแต่ยุค Cetaceous เป็นต้นมาในทางใต้ของแอตแลนติก รวมทั้งกำหนดของอายุการกลับขั้วแม่เหล็กในแต่ละครั้งประมาณ 3.5 ล้านปี อย่างไรก็ตามการสันนิษฐานการกลับขั้วนี้ช้าไป 7% ในช่วง Late Cretaceous ถึง Cenozoic ตาม Heirtzler et al’s scale และการไหลของลาวาเชื่อว่าที่จริงแล้วไหล 70 มิลลิเมตรต่อปี ในช่วง Late Cretaceous จนถึงปัจจุบันไหล 32 มิลลิเมตรต่อปี อีกวิธีหนึ่งคือ เราหาข้อมูลของขั้วแม่เหล็กตามการบันทึกของขั้วแม่เหล็กในแต่ละพื้นที่ของหินตะกอนและบริเวณกลางมหาสมุทร ขนาดของสนามแม่เหล็กในตะกอนใช้การเรียงตัวของเหล็ก ระหว่างการสะสมเป็นตัวบอก ศึกษาการรวมขั้วของแม่เหล็กในตะกอนทำให้ชะงักตามปัจจัยต่างๆ ประกอบด้วยช่วงการสะสมตัว องค์ประกอบทางเคมีของแร่ที่เข้ามาแทรก ซึ่งจัดเป็นการเป็นแม่เหล็กทุติยภูมิ และตะกอนมากมายหรือหินตะกอนมัมีสนามแม่เหล็กน้อยในช่วงแรกเครื่องตรวจวัดสนามแม่เหล็กอาจไม่สามารถตรวจวัดได้ แต่ปัจจุบันจาก Superconducting magnetrometer และการพัฒนาค้นคว้าทางแม่เหล็กมากขึ้นทำให้สามารถพอตรวจวัดได้ในหินตะกอน