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古地磁気学（または古地磁気学）とは、岩石、堆積物、または考古学的資料に記録された先史時代の地球の磁場を研究する学問である。古地磁気学を専門とする地球物理学者は古地磁気学者と呼ばれる。
岩石中の特定の磁性鉱物は、それらが形成された当時の地球磁場の方向と強度を記録することができる。この記録は、地磁気の過去の挙動とプレートテクトニクスの過去の位置に関する情報を提供する。火山岩や堆積岩の層序（磁気層序）に保存された地磁気逆転の記録は、地質年代測定ツールとして使用される時間尺度を提供する。
古地磁気学の証拠は、大陸移動説の復活と、それが現代のプレートテクトニクス理論へと発展するきっかけとなった。見かけ上の極移動経路は、大陸移動の最初の明確な地球物理学的証拠を提供し、海洋磁気異常は海底拡大の証拠を提供した。古地磁気データは、プレートテクトニクスの歴史を過去に遡らせ続け、大陸や大陸断片（テレーン）の古代の位置と動きを制約している。
古地磁気学の分野には、月の岩石や隕石など、太陽系の他の天体の試料の同等の測定も含まれており、これらの天体の古代の磁場やダイナモ理論を研究するために用いられています。古地磁気学は岩石磁気学の発展に基づいており、生物磁気学、磁気構造（岩石や土壌の歪み指標として用いられる）、環境磁気学と重なる部分があります。
18 世紀初頭には、磁化の強い露頭の近くで方位磁針の針がずれることが観察されていた。1797 年、アレクサンダー・フォン・フンボルトはこの磁化を落雷によるものとした(落雷は地表の岩石を磁化することがよくある)。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 19 世紀の岩石の磁化方向の研究では、最近の溶岩の一部が地球の磁場と平行に磁化されていることが示された。20 世紀初頭、デイヴィッド、ベルナール・ブルンヘス、ポール・ルイ・メルカントンの研究により、多くの岩石が磁場と反平行に磁化されていることが示された。日本の地球物理学者松山元則は1920 年代後半に、地球の磁場が第4 紀中期に反転したことを示した。この反転は現在、ブルンヘス-松山反転として知られている。[ 5 ] [ 6 ]
イギリスの物理学者PMSブラケットは、 1956年に高感度無静磁力計を発明し、古地磁気学に大きな推進力を与えた。彼の目的は、地磁気が地球の自転と関連しているという自身の理論を検証することであったが、最終的にはその理論を否定した。しかし、無静磁力計は古地磁気学の基本的なツールとなり、大陸移動説の復活につながった。
アルフレッド・ウェゲナーは1915年に、大陸はかつてつながっていて、その後離れていったと初めて提唱した。[ 7 ] [ 8 ]彼は多くの状況証拠を提示したが、彼の理論は2つの理由でほとんど受け入れられなかった。(1) 大陸移動のメカニズムが知られていなかったこと、(2) 時間の経過に伴う大陸の移動を再構築する方法がなかったこと。キース・ランコーン[ 9 ]とエドワード・A・アーヴィング[ 10 ]は、ヨーロッパと北アメリカの見かけ上の極移動経路を構築した。これらの曲線は分岐したが、大陸が2億年前まで接触していたと仮定すれば調和することができた。これが大陸移動の最初の明確な地球物理学的証拠となった。そして1963年、モーリー、ヴァイン、マシューズは、海洋磁気異常が海底拡大の証拠となることを示した。
古地磁気学は、さまざまなスケールで研究されています。
古地磁気学の研究は、磁鉄鉱などの鉄含有鉱物が地球磁場の過去の極性を記録している可能性があるため可能である。岩石中の磁気痕跡は、いくつかの異なるメカニズムによって記録される。
玄武岩やその他の火成岩に含まれる鉄チタン酸化物鉱物は、岩石がそれらの鉱物のキュリー温度を下回って冷却される際に、地球の磁場の方向を保持する可能性がある。スピネル群の鉄酸化物である磁鉄鉱のキュリー温度は約580 ℃（1,076 °F）であるのに対し、ほとんどの玄武岩や斑れい岩は900 ℃（1,650 °F）以下の温度で完全に結晶化する。したがって、鉱物粒子は地球の磁場に物理的に回転して整列するのではなく、むしろその磁場の向きを記録している可能性がある。このようにして保存された記録は、熱残留磁化（TRM）と呼ばれる。
火成岩は結晶化後に冷却される過程で複雑な酸化反応を起こす可能性があるため、地球磁場の向きは必ずしも正確に記録されるとは限らず、またその記録が維持されるとは限りません。しかしながら、海洋地殻の玄武岩にはその記録が十分に保存されており、プレートテクトニクスに関連する海底拡大理論の発展において重要な役割を果たしてきました。
TRMは陶器窯、炉、焼けた日干しレンガの建物にも記録されることがある。考古学的資料の熱残留磁化の研究に基づく学問分野は、考古地磁気年代測定法と呼ばれる。[ 11 ]ニュージーランドのマオリ族は陶器を作らないが、彼らの700～800年前の蒸気オーブン、ハンギは、十分な考古地磁気資料を提供する。[ 12 ]
全く異なるプロセスとして、堆積物中の磁性粒子は、堆積中または堆積直後に磁場に沿って整列することがあります。これは、砕屑性残留磁化として知られています。粒子が堆積する際に磁化が獲得される場合、その結果は堆積性砕屑性残留磁化であり、堆積直後に獲得される場合は、堆積後砕屑性残留磁化となります。[ 13 ]
3つ目のプロセスでは、磁性粒子が化学反応中に成長し、形成時の磁場の方向を記録します。この磁場は化学的残留磁化（CRM）によって記録されると言われています。一般的な形態は、別の酸化鉄であるヘマタイトという鉱物によって保持されます。ヘマタイトは、マグネタイトを含む岩石中の他の鉱物の化学的酸化反応によって形成されます。赤色層、つまり砕屑性堆積岩（砂岩など）が赤いのは、堆積続成作用中に形成されたヘマタイトによるものです。赤色層のCRMシグネチャは非常に有用であり、磁気層序学研究の一般的な対象となっています。[ 14 ]
一定温度で獲得される残留磁化は、等温残留磁化（IRM）と呼ばれます。この種の残留磁化は古地磁気学には役立ちませんが、落雷の結果として獲得されることがあります。落雷によって誘発される残留磁化は、その高い強度と数センチメートルのスケールでの方向の急速な変化によって区別できます。[ 15 ] [ 14 ]
掘削コアには、鋼製コアバレルの磁場によってIRM（残留磁化）が誘発されることが多い。この汚染物質は一般的にバレルと平行に存在し、その大部分は400 ℃程度まで加熱するか、弱い交流磁場中で消磁することで除去できる。実験室では、様々な強度の磁場を印加することでIRMを誘発し、岩石磁気学において様々な用途に利用されている。
粘性残留磁化とは、磁場の影響を一定期間受けた強磁性体が獲得する残留磁化のことである。岩石の場合、この残留磁化は通常、現代の地磁気の方向に沿って配向している。岩石全体の磁化のうち、粘性残留磁化が占める割合は、磁性鉱物の種類によって異なる。
海底にある最古の岩石は2億年前のもので、38億年前の大陸の最古の岩石と比べると非常に若い。2億年以上前の古地磁気データを収集するために、科学者たちは陸上の磁鉄鉱を含む試料に着目し、地球の古代の磁場方向を復元する。古地磁気学者は、多くの地質学者と同様に、岩石層が露出している露頭に惹かれる。道路の切り通しは、露頭の便利な人工的な供給源である。
サンプリングには主に2つの目的があります。
最初の目標を達成する一つの方法は、ダイヤモンドビットの付いたオーガーを備えた岩石コア掘削機を使用することです。掘削機は岩石の周囲に円筒形の空間を掘ります。この空間にコンパスと傾斜計が取り付けられたパイプを挿入します。これらによって方位が分かります。この装置を取り外す前に、サンプルに印を付けます。サンプルが切り離された後、印を鮮明にするために追加することができます。[ 17 ]
1960年代と1970年代には、地磁気逆転と極移動データの両方の古地磁気学的証拠が大陸移動説とプレートテクトニクス理論の検証に役立った。地殻の歴史を再構築するための古地磁気学的証拠のいくつかの応用は、論争を引き起こし続けている。古地磁気学的証拠は、岩石やプロセスの年代を制約したり、地殻の一部の変形履歴を再構築したりするためにも使用される。[ 4 ]
逆転磁気層序は、化石やヒト科動物の遺骸を含む遺跡の年代を推定するためによく使用されます。[ 18 ]逆に、年代が既知の化石については、古地磁気データによって化石が堆積した緯度を特定できます。このような古緯度は、堆積時の地質環境に関する情報を提供します。古地磁気研究は、地質年代測定法と組み合わせて、磁気記録が保存されている岩石の絶対年代を決定します。玄武岩などの火成岩の場合、一般的に使用される方法には、カリウム-アルゴン法とアルゴン-アルゴン法の地質年代測定法があります。