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
Remanent magnetism วัดได้โดยเครื่องมือที่เรียกว่า magnetometers เครื่องนี้รุ่นแรกๆ 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 แต่กลับถูกค้นพบว่ามีการเปลี่ยนแปลงอยู่บ่อยๆ อำนาจแรงดึงดูดของสนามแม่เหล็กบนพื้นโลกเกิดจากความเข้าใจผิดๆ บางประการว่าเกิดจากการเคลื่อนที่ของของเหลวที่มีนิกเกิดและเหล็กในปริมาณสูงในบริเวณรอบๆ แกนโลก การเคลื่อนที่นี้ถูกสันนิษฐานว่าได้รับการควบคุมจากการพาความร้อนโดยอุณหภูมิและจากแรง Coriolis ที่เกิดจากการหมุนของโลก การศึกษาเกี่ยวกับ remanent magnetism ในหินภูเขาไฟและหินตะกอน แสดงให้เห็นว่า ส่วนประกอบหลักของขั้นแม่เหล็ก 2 ขั้นในสนามแม่เหล็กโลก ที่มุ่งไปข้างหน้าจะถูกพลิกกลับขั้นในช่วงเวลาที่ไม่แน่นอนจาก Precambrian time เห็นได้ชัดจากการพาความร้อนที่ไม่คงที่บริเวณรอบแกนโลก เมื่อสนามแม่เหล็กโลกมีสภาพขั้วในทิศทางหนึ่งแล้ว จะกล่าวได้ว่ามีขั้วที่ปกติเมื่อเปลี่ยนขั้นไป 180 องศาก็จะถูกเรียกว่ากลับขั้น การกลับตัวของขั้วสนามแม่เหล็กโลกถูกบันทึกไว้ในหินตะกอนและหินภูเขาไฟในรูปแบบขั้วที่ปกติและเมื่อกลับขั้นแล้ว ทิศทางของสนามแม่เหล็กในหินถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจนโดย north-seeking magnetization ถ้า north-seeking magnetization ของก้อนหินชี้ไปที่ขั้วเหนือของสนามแม่เหล็กโลกในปัจจุบัน แสดงว่าหินนั้นมีขั้นปกติ แต่ถ้า north-seeking magnetization ชี้ไปที่ขั้วแม่เหล็กใต้ ก็แสดงว่าหินนั้นกลับขั้วหรือมีขั้วกลับกัน ดังนั้น หินตะกอนและหินภูเขาไฟที่แสดงขั้วตรงกับขั้นของสนามแม่เหล็กโลกในปัจจุบันก็จะเรียกว่าขั้วปกติ ในขณะที่หินที่มีขั้นตรงกันข้ามจะเรียกว่าขั้นกลับ reverse polarity การกลับขั้วของแรงดึงดูดของสนามแม่เหล็กโลกบนพื้นโลกเหล่านี้เกิดขึ้นในระยะเวลาเดียวกันกับมหันตภัยบนพื้นโลก ดังนั้นมันจะมีสัญลักษณ์ทางธรณีวิทยาในหินภูเขาไฟหรือหินตะกอน กระบวนการการกลับขั้วนั้นใช้เวลา 1000-10000 ปี (Clement, Kent and Opdyke, 1982) ความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กโลกจะลดลง 60-80 % ก่อนที่จะเกิดการกลับขั้วประมาณ 10000 ปี การกลับขึ้นจะใช้เวลาประมาณ 1000-2000 ปี ตามด้วยการเพิ่มของความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กของอีก 10000 ปี ข้างหน้า ( Cox, 1969) แม้ว่าจะมีการกลับขั้วครั้งล่าสุดเมื่อประมาณ 20000 ปีที่ผ่านมาก็ตาม แต่การกลับตัวของสนามแม่เหล็กที่ไร้ซึ่งข้อสงสัยครั้งล่าสุดเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 700000 ปีที่ผ่านมา ในปีแรกๆ ของ Paleomagnetic เชื่อว่า ช่วงของขั้นหนึ่งๆ ที่กินเวลาตั้งแต่ 100000 ปีขึ้นไปเรียกว่า epochs แต่ช่วงที่ใช้เวลาประมาณ 10000-100000 ปี จะเรียกกันว่า events ปัจจุบันทราบกันดีว่า การกลับขึ้นจะเกิดขึ้นได้หลากหลาย ช่วงเวลาเริ่มต้นน้อยที่สุดจาก 10000 ปี จนถึง 10 ล้านปี อย่างไรก็ตาม นักธรณีวิทยายังคงใช้คำว่า epochs กับ events ในความหมายเดียวกัน ทั้งๆ ที่ความหมายแตกต่างกัน(epochs ในปัจจุบันมีความหมายเดียวกับ chrons) การลำดับชั้นสนามแม่เหล็กบรรพกาลในหิน pre-Pleistocene ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงขั้นในหินตะกอนหรือหินภูเขาไฟที่ทำให้เกิดลวดลายที่จดจำได้ง่าย ใช้ในจุดประสงค์เพื่อลำดับเหตุการณ์และหาความสัมพันธ์