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Tesis Doctoral
DOI
https://doi.org/10.11606/T.14.2020.tde-29052021-131709
Documento
Autor
Nombre completo
Daniele Cornellio de Paiva Caldeira Brandt
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2020
Director
Tribunal
Ernesto, Marcia (Presidente)
Constable, Catherine Gwen
Franco, Daniel Ribeiro
Rapalini, Augusto Ernesto
Trindade, Ricardo Ivan Ferreira da
Título en inglés
The use of giant Gaussian process models to study the paleomagnetic field of the Kiaman superchron
Palabras clave en inglés
directional distributions
giant Gaussian process
Kiaman superchron
Mafra Formation
Paleomagnetism
paleosecular variation
shape and scale directional analyses
Resumen en inglés
The assessment of the long-term paleosecular variation (PSV) of the geomagnetic field is frequently based on a class of statistical models known as giant Gaussian processes (GGP). The shape of the distributions of the paleomagnetic directions predicted by the most recent GGP model (TK03) calculated for the last 5 Ma, is used as a reference even for older ages. However, its validity was not confirmed for the Paleozoic Era. Particularly, during superchrons, there is evidence that the field has a steadier behavior with depleted PSV. In this work, the Kiaman Superchron field is approached by two different ways for testing the validity of the TK03 model and determining its directional PSV based on GGP models. First, a new paleomagnetic dataset from the rhythmites of the Paleozoic Mafra Formation (southern Brazil) was tested and compared to predictions of elongation E of directions and dispersion S_F of virtual geomagnetic poles (VGPs) from synthetic directions drawn from the TK03 model (a Monte Carlo procedure). Second, an extensive directional paleomagnetic database from the Kiaman magnetic interval (Kiaman database) was evaluated using a new approach based on the scale and shape of the distributions of directions compared to predictions given by numerical integration of directional probability density functions of GGP models. The Mafras results (E = 2.08_1.44^3.13; S_F=10.9_9.8^11.8) revealed incompatible with the TK03 model. Simulations of different versions of GGP models producing reduced S_F, also found in other studies, imply in distributions with a different shape than the TK03 model, mainly at the Equator. The latitudinal dependence of the proposed measures of PSV (_E and _N) provided useful diagnostics for testing the validity of a GGP model. For the Kiaman, the latitudinal dependence of _N and _E calculated for an extensive directional paleomagnetic database (Kiaman database) composed of 1419 paleomagnetic directions of igneous rocks, merged into paleolatitudinal bands showed two characteristics: (1) an elongated and more dispersed distribution near the Equator; (2) an almost constant behavior of more concentrated and circular distributions for latitudes greater than 10°. Two GGP models, with parameters KRS_m =( , ,g_1^0 )=(6.2 T,3.4,18 T) and KRS^'_m =(3.6 T,6.6,18 T), were found, including and excluding the equatorial band data, respectively. However, for both Kiaman models, the misfit is larger than the data uncertainties, indicating that simplified GGP models are not able to describe the Kiaman PSV, or the common experimental noise is overshadowing its suppressed PSV.
Título en portugués
O uso de modelos de processos Gaussianos gigantes para estudar o campo paleomagnético do superchron Kiaman
Palabras clave en portugués
análises direcionais de forma e escala
distribuições direcionais
Formação Mafra
Paleomagnetismo
processo Gaussiano gigante
Superchron Kiaman
variação paleo-secular
Resumen en portugués
A determinação da variação paleossecular de longa escala de tempo (paleosecular variation, PSV) do campo geomagnético é frequentemente baseada em uma classe de modelos estatísticos conhecidos como processos Gaussianos gigantes (giant Gaussian process, GGP). O formato das distribuições das direções paleomagnéticas previstas pelo modelo GGP mais recente (TK03) calculado para os últimos 5 Ma, é usado como referência mesmo para idades mais antigas. No entanto, sua validade ainda não foi confirmada para a Era Paleozóica. Particularmente, durante os superchrons, há evidências de que o campo tem um comportamento mais estável com a PSV reduzida. Neste trabalho, o campo geomagnético do Superchron Kiaman é abordado de duas maneiras diferentes para se testar a validade do modelo TK03 e determinar sua PSV direcional, com base em modelos GGP. Primeiramente, um novo conjunto de dados paleomagnéticos dos ritmitos Paleozóicos da Formação Mafra (Bacia do Paraná, sul do Brasil) foi testado e comparado com as previsões de alongamento E das direções e dispersão S_F dos pólos geomagnéticos virtuais a partir de direções sintéticas extraídas do modelo TK03 (procedimento de Monte Carlo). A seguir, um extenso banco de dados paleomagnéticos direcionais do intervalo Kiaman (Kiaman database) foi avaliado, usando uma nova abordagem baseada na escala e forma das distribuições de direções, em comparação com previsões fornecidas pela integração numérica das funções de densidade de probabilidade direcional dos modelos GGP. Os resultados de (E = 2.08_1.44^3.13; S_F=10.9_9.8^11.8) revelaram-se incompatíveis com o modelo TK03. Simulações de diferentes versões de modelos GGP que produzem S_F reduzidas, também encontradas em outros estudos, implicam em distribuições de formato diferente do modelo TK03, principalmente no Equador. A dependência latitudinal das medidas propostas de PSV (_E e _N) são diagnósticos úteis para testar a validade de um modelo GGP. A dependência latitudinal de _E e _N calculada para o banco de dados do Kiaman, composto por 1419 direções paleomagnéticas de rochas ígneas e organizadas em bandas de paleolatitudes, mostrou duas características: (1) uma distribuição alongada e mais dispersa perto do Equador; (2) um comportamento quase constante de distribuições mais concentradas e circulares para latitudes superiores a 10 °. Foram encontrados dois modelos GGP, com os parâmetros KRS_m =( , ,g_1^0 )=(6.2 T,3.4,18 T) and KRS^'_m =(3.6 T,6.6,18 T), incluindo e excluindo os dados da banda equatorial, respectivamente. No entanto, para os dois modelos do Kiaman, as discrepâncias são maiores do que as incertezas dos dados, indicando que os modelos GGP simplificados não são capazes de descrever a PSV do Kiaman, ou então, o ruído experimental comumente encontrados em dados paleomagnéticos está ofuscando sua reduzida PSV.
 
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Fecha de Publicación
2021-06-04
 
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