1. táblázat. A relatív mágnes permeabilitás érték néhány anyagra
 

Némely ötvözet esetén ľ százezres nagyságrendű is lehet, bár ez utóbbiak spontán módon nem gyakran fordulnak elő a természetben.  A különböző mágneses viselkedés hátterében atom-, molekula-, illetve kristályszerkezeti tények állnak.

A ferromágneses anyagok egy csoportjának nemcsak a relatív mágneses permeabilitása nagy,  hanem  a külső mágneses tér megszűnte után is mágnesként viselkednek.  Ezt megmaradó, remanens mágnességnek nevezzük. A remanens mágnesezettség többféle módon is létrejöhet.

 Termoremanens mágnesezettség. A ferromágneses anyagot  hevítve, mágnességét – az anyagtól függő hőmérsékletet, a Curie pontot túllépve – elveszti.  A Curie hőmérséklet alá hűlve újra mágneseződik, az aktuális tér irányának és intenzitásának megfelelően.
 
A kobalt Curie hőmérséklete 1075 °C, a vasé 769 °C, a nikkelé 356 °C.

 Ülepedési remanens mágnesezettség. Álló-, ill. folyóvizekbe behordott anyagok tartalmazhatnak mágneses ásványszemcséket.  Ezek a vizes közegben lebegve, mint parányi iránytők, az aktuális mágneses erővonalak irányába beállva, rendezetten ülepednek.

 Viszkózus remanens mágnesezettség. Ha az egyébként nem mágnesezett ferromágneses anyagot mágneses térbe helyezzük, akkor mágnesezettsége, bár egyre lassuló ütemben, növekszik.

 Kémiai remanens mágnesezettség. Ha a kőzetekben előforduló, egyébként ferromágneses anyag szemcséinek mérete túl kicsi (pl: <300A Fe2O3 esetén), az anyag paramágnesként viselkedik.  Ha a szemcseméret kémiai folyamatok eredményeként növekszik, a kritikus méretet túllépve az aktuális külső térnek megfelelő mágnesezettségre tehet szert.

Az archeomágneses kutatás számára lényeges remanens mágnesezettség a Föld mágneses terében jön létre.  A Föld mágneses terének több összetevője van, melynek egy része belső eredetű.  Javarészt egy olyan rúdmágnes terével írhatjuk le, melynek tengelye a Föld forgástengelyével közel azonos irányú, bár azzal nem esik egybe. Ennek mérési adatokból való meghatározását elsőnek Gauss végezte 1832-ben.  A pólusokon mért tér erőssége közel kétszerese az egyenlítői értéknek.  (Rúdmágnes esetén a középponttól a tengely irányában valamely távolságban mért érték pontosan kétszerese az azonos távolságban, de a rúdra merőleges irányban mért értéknek.)  Az ebből származó mágneses indukció értéke  Magyarországon -  kerekítve 47 000 nanotesla.  Jellemzői időben lassan, évszázadok alatt változnak. A külső eredetű mágneses teret a magnetoszférából, ionoszférából származó hatások eredményezik és gyors időbeli változások jellemzik.

 A Földkéreg felszínéhez közeli anyagelrendeződések okozzák a mágneses tér gyors térbeli változását.   A geológiai szerkezetek számottevően módosíthatják a mágneses teret (pl: vulkanitok, vasérctelepek). Emellett a mágneses térben az ember természetátalakító ténykedése is nyomot hagy. Régészeti előkutatás során minket ez utóbbi érdekel.

Az archeomágneses kutatás első lépése a részletes mágneses felmérés.  Ennek során a kutatott területen a felszín feletti, célszerűen választott magasságban műszereinkkel általában 1 méteres köz rács pontjait sorra bejárva megmérjük a mágneses indukció értékét.  Így egy hektár területhez tízezer mérési adat tartozik.  A mért értékeket a műszer tárolja.  A mérés ideje alatt egy bázisként szolgáló műszer a kutatott területhez közel, valamely rögzített helyen néhány másodpercenként szintén mér.  A műszerek adatait a nap végén áttöltjük számítógépbe.  A térbeli és időbeli változásokat is tartalmazó mozgó műszer adataiból eltávolítjuk a csak időbeliségre vonatkozó bázisműszerből származó adatokat.  Az így korrigált adatrendszer már csak a térbeli függést hordozza, belőle térképet alkotunk.  A térképet megjeleníthetjük szintvonalasan - az azonos indukcióértékű helyeket összekötő vonalakkal, domborzatos módon - az egyes pontok indukcióértékét, mint magasságot ábrázolva, vagy az indukcióértékekhez rendelt színekkel.  Tapasztalataink szerint ez utóbbi az, amely a legáttekinthetőbben fejezi ki a mágneses tér szerkezetét.  (Az 1. ábra is így készült.)

A mágneses indukciót mérő műszer a magnetométer, mely különféle elvek alapján konstruálható.  Képzeljünk el egy olyan eszközt, mint egy vízszintes tengelyű iránytő, melyet a mágneses tér elforgatni, a gravitációs tér visszaforgatni törekszik. A mágneses térjellemzőt az iránytő elfordulási szögével mérhetjük.  Ezen az elven működik, az érckutatásban korábban sikerrel használt műszer, a mágneses terepmérleg.

A régészeti célú geofizikai kutatás korszerűbb eszköze a protonprecessziós magnetométer.  Érzékenysége 0,1 nanotesla (0,1nT=10^-10 tesla), mely érzékenység a földi mágneses tér értékénél 6 nagyságrenddel kisebb, annak mintegy fél milliomod része.  Ez a felbontás olyan, mintha egy 50 kg tömegű személyt 0,1 gramm pontossággal mérnénk meg.  A nagy érzékenység következménye, hogy a mérés különös körültekintést igényel, valamint az, hogy a mérést végzők öltözetének teljes mértékben vasmentesnek kell lenniük, nem lehet náluk kulcs, bicska, óra, öngyújtó sem.

Mért adatainkban nemcsak az általunk keresett fizikai változások jelét észleljük, hanem sok mást is.  Ez utóbbiakat zajnak hívjuk, és eltávolításukra, de legalábbis csökkentésükre törekszünk.  Zajforrásként hat az altalaj geológiai szerkezetének változása; az utak bazalttörmelék alapozása; a különféle árkok, földhalmok; a szántás okozta anyagátrendeződés csakúgy mint a felszínen lévő nagyméretű vastárgyak, például  az elektromos távvezeték oszlopok, épületek, vasúti sínek, kerítések; a felszínen elszórt  kisméretű vasdarabok; a közeli elektromos vezetékek elektromágneses zajt sugárzó hatása; a közeli utakon a közlekedésből eredő elektromágneses sugárzás; a Föld mágneses terének gyorsan változó komponense.

A mért adatok zaját digitális szűrési műveletekkel csökkentjük.  Ennek alapja az adatokban lévő redundancia (mérési többlet), vagyis az, hogy valamely általunk keresett objektum fizikai hatása sok mérési pontra terjed ki.  A determinisztikus (előre eltervezett függvények felhasználásával végzett) és sztochasztikus (a mért adatok jel-, illetve zajtartalma által kialakított) szűrések révén különválaszthatjuk a geológiai illetve emberi tényezőket, eltávolíthatjuk például a szántás barázdáinak mágnesesen zavaró hatását is, és jelentős zajcsökkentést érhetünk el.

A jelátalakítási lépések a jelek kiemelése, illetve a zajok elnyomása céljából történnek.  Hogy a mért adatrendszernek mely összetevőit minősítjük zajnak, arról csak a feldolgozási lépések során, az adatrendszer részletekbe menő elemzése, korábbi mérések tapasztalatán alapuló modellezés alapján dönthetünk.  Ugyancsak az adatok gondos vizsgálata szükséges ahhoz, hogy elkerüljük valamely gyenge, de régészeti eredetű hatás zajként való eltávolítását.

Hajdani, akár néhány ezer évvel ezelőtti településeken az építkezéshez használt agyag kitermelési gödrei, nagymérető gabonatároló vermek, a védelmi vagy vízlevezető árkok, a falak, vagy kerítések építéséhez előkészített mélyedések, nagymérető kutak mind megbolygatták a homogén üledéket.  A gödrökbe, árkokba, kutakba visszakerült anyag szuszceptibilitása -- ha kis mértékben is -- de eltér a környezetétől.  Emiatt a keletkezett inhomogenitást műszereinkkel ki tudjuk mutatni.  Még jobban felderíthetők az átégett falak, tűzrakó helyek, kemencék, ősi kohók.  Ez utóbbiak a ma embere számára megdöbbentően kisméretűek.

Az Eötvös Loránd Tudományegyetem geofizikai tanszéke a mágneses terepi kutatásokkal több mint tíz éve igyekszik segíteni a hazai régészetet.  E kutatásaink eredményeként, a mágneses anomália-térképeink alapján mintegy 6000 évet átfogó időszakból származó dolgokat sikerült jeleznünk a régészeti ásatás számára.  Mint például: sírokat, gödröket, árkokat, utakat, házhelyeket, falakat, tűzhelyeket, kemencéket, őskori kohókat, gyalogutat, árkokat (a Csörsz árkot is), településeket, körárkos sírokat, őskori körgyűrűs tell típusú települést, ókori település- és sírrendszert, valamint a középkorban még létezett falut - Muhit - főutcájával, telekhatáraival, kútjaival együtt.  Nagyobb területeket megkutatva oly ismeretekhez jutottunk, melyek megszerzéséhez emberöltőnyi idő kellene, ha csupán a hagyományos ásatási módszereket alkalmaznánk.  A mágneses adatokat mint képi elemeket tanulmányozva struktúrákat ismerhetünk fel.  E struktúrák felismerésével következtethetünk a tárgyak közötti viszonyokra, hajdani életmódra, ami a régészeti megismerés célja.

A tudományos értékén túl, az ismertetett módszernek a jelentőségét az adja, hogy eszköz és munkaigénye ellenére gyors, más módszerekhez viszonyítva fajlagosan olcsó, valamint a kutatott objektumokat nem károsítja.

Gazdasági előnyei szükségszerűvé teszik e módszer alkalmazását autópályák, vasútvonalak, felszíni bányaterületek létesítése, zöldmezős beruházások esetén.
 

1. ábra. Polgár (Hajdú-Bihar megye) Csőszhalom-domb mágneses képét

Az 1. ábra legfeltűnőbb része az ötszörös gyűrűs szerkezet (pirosba hajló körök), melynek fizikai oka a 4-6000 évvel ezelőtt épített árokrendszer.  A belső árok (sötét piros) - átégett agyagdarabokkal - paticcsal feltöltött, a külső árkok talajjal vannak betöltve. Mint az ELTE Régészeti Intézetének ásatásai eredményeiből tudjuk, a középső területen, a körök belsejében, különböző korú, egymás romjaira épített házak, tűzhelyek (piros foltok mutatják), kultikus és használati tárgyak lelhetők fel.  A kép felső harmadánál a kelet-nyugati irányú vonalak szarmata védelmi rendszer árkai.  A kép jobb oldali negyedénél futó közel észak-déli irányú vonal a jelenleg használt földút hatásaként keletkezett.  A kép jobb alsó negyedében a középpont felé mutató átlós vonalszerű képződmény az árokrendszeren átvezető hajdani bejárat.  A kép keleti szélén lévő foltrendszert az e dombtól keletre hosszan húzódó, mágnesesen is kimutatott, hajdani település házai, gödrei, tűzhelyei okozzák.

A mágneses kép irányelemzése (kétdimenziós autokorrelációs függvény számításával) a domb épített szerkezetében határozott északkeleti tájolási mutat.  Terepen ebben az irányban a tokaji hegy csúcsát láthatjuk.  Esetünkben a mágneses adatokból is bizonyított, hogy e jó tájékozódási pont a hajdani emberek számára nagy fontosságú volt.