지구의 자기장 극성은 주기적으로 역전된다. 즉 북자극이 남자극이 되고 남자극이 북자극으로 바뀌는 것인데, 이렇게 극성이 역전될 때 형성된 암석은 기존 방향의 반대 극성으로 자화된다. 현재와 같은 자성을 보이면 정자기, 역전되어 반대된 자성을 보이면 역자기라고 표현한다. 고지자기 역전 주기의 특징은 아직 밝혀지지 않았으며, 불규칙한 간격으로 일어나고 있다.
용암과 퇴적물로부터 특정 지역의 한 시기에 자화된 정상극성 또는 역전극성을 가지는 암석의 자기장이 다른 지역에서 발견된 동시대 암석의 자기장과 일치함의 성질은 지구 자기장이 실제로 역전되었음을 밝히는 증거가 되었다. 자기역전의 개념이 확립된 이후, 방사성 연대 측정기술을 이용하여 여러 용암과 퇴적물의 자기극을 측정하였고, 지자기 시간척도를 확립할 수 있었다.
열잔류자화
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현무암과 다른 화성암의 산화철 티타늄 광물은 암석이 그 광물의 퀴리온도를 통해 냉각될 때 지구의 자기장 방향을 보존할 수 있다. 자석의 퀴리온도는 580 °C이며, 대부분의 현무암과 반려암은 900 °C 이하의 온도에서 완전히 결정화된다. 따라서, 광물 알갱이는 지구의 자기장에 맞추어 물리적으로 회전하지 않고, 오히려 그 자기장의 방향을 기록할 수 있다. 이렇게 보존된 기록은 열잔류자화(TRM)라고 불리는데, 결정화 후 화성암이 냉각되면서 복잡한 산화반응이 일어날 수 있기 때문에 지구 자기장의 방향이 항상 정확하게 기록되는 것도 아니며, 기록이 반드시 유지되어야 하는 것도 아니다. 그럼에도 불구하고, 그 기록은 판구조론과 관련된 해저 확산 이론의 개발에 중요할 만큼 바다 지각의 기저부에 잘 보존되어 있다. TRM은 또한 제도용 가마솥, 난로, 불에 탄 어도비 건물에도 기록될 수 있다. 고고학 재료의 보다 강력한 자기화에 대한 연구에 기초한 학문을 고고자성 연대 측정이라고 한다.
퇴적잔류자화
완전히 다른 과정에서, 침전물에 있는 자기 알갱이들은 침전 중에 또는 침전 직후에 자기장과 정렬할 수 있다; 이것은 퇴적 잔류자화(DRM)라고 알려져 있다. 만약 알갱이가 침전될 때 자화가 획득되면, 그 결과는 퇴적 잔류 자화(dDRM)가 된다. 침전 직후에 획득되는 경우, 이것은 후퇴적 잔류자화(pDRM)이다.
화학잔류자화
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세 번째 과정에서는, 자석 알갱이가 화학 반응 중에 자라고, 형성 당시 자기장의 방향을 기록한다. 이 자기장은 화학 물질 잔류 자화(CRM)에 의해 기록된다고 한다. 화학 물질 잔류 자화의 일반적인 형태는 또 다른 산화 철인 광물 적철석에 의해 유지된다. 적철석은 자철석을 포함한 암석의 다른 미네랄의 화학적 산화 반응을 통해 형성된다. 퇴적암 발생 시 형성된 적철석 때문에 적색층과 쇄설성 퇴적암(사암 등)이 붉다. 적색층의 CRM 사인은 상당히 유용할 수 있으며 지자기층서학 연구에서 일반적인 표적이 된다.
등온잔류자화
고정된 온도에서 획득되는 잔류자기를 등온잔류자화(IRM)라고 한다. 이러한 종류의 잔류자기는 고지자기에는 유용하지 않지만 번개의 결과로 획득할 수 있다. 번개 유도 잔존 자화는 센티미터의 눈금에 걸쳐 높은 강도와 빠른 방향의 변화에 의해 구별될 수 있다.
IRM은 종종 강철 코어 배럴의 자기장에 의해 드릴 코어에 유도된다. 이 오염물질은 일반적으로 배럴과 평행하며, 대부분 약 400 °C까지 가열하거나 작은 교번 자장에서 자성을 제거함으로써 제거할 수 있다.
실험실에서 IRM은 다양한 강도의 필드를 적용하여 유도되며 암석 자성에 많은 용도로 사용된다.
점성 잔류 자화
본문 : 점성 잔류 자화
점성 잔류 자화는 한동안 자기장에 앉아 강자성 물질에 의해 획득되는 잔류자기이다. 암석에서, 이 잔류자기는 일반적으로 현대 자기장의 방향으로 정렬되며 점성 잔류 자화인 암석의 전체 자화의 분수는 자기 광물학에 의존한다.
