Secondary pyrrhotite as a recorder of Earth Magnetic field variations

Abstract

Paleomagnetic recording of Earth magnetic field (EMF) variations plays an essential part in understanding the origin and behaviour of the EMF. As the common recorders like sediments or basalts are all dealing with intrinsic problems like the lock-in-depth-problem or time-gaps, the aim of this thesis is to test the potential and quality of secondary pyrrhotite in contact metamorphic, marly limestones as a new recorder of EMF variations. The advantage of this technique is to combine the rockmagnetic qualities of a TRM record with a continuous recording process. Therefore, the magnetic particle assemblages of samples from four locations (Manaslu, Nepal; Isle of Skye, Scotland; Bourg d'Oisan, France; Elba Island, Italy) were investigated in advance using microscopic (light microscopy, SEM, TEM) and rockmagnetic techniques (IRM, FORC, delta M). In addition, the recording quality (additivity and independence of pTRM) was tested by the means of laboratory pTRM checks and artificial Thellier-Thellier-Experiments. The method was successfully tested on a site from central Elba, where the NRM is a clear secondary TRM consisting of two antiparallel components and a broad transition. The derived paleofield values are similar to the present day field in Elba, but decrease to about 5% of present day field during the transition. The duration of the transition (<20kyr) is estimated by numerical models.

Paläomagnetische Daten über das zeitlich-räumliche Verhalten das Erdmagnetfelds dienen als wichtiger Baustein in der Untersuchung des Verhaltens und Ursprungs des Erdmagnetfeldes. Als gängige Methoden stehen zur Zeit nur die Untersuchungen an Basalten und Sedimentkernen zur Verfügung. Beide Methode haben ihre intrinsischen Probleme wie Zeitlücken oder das lock-in-depth Problem. Mit der Untersuchung von kontaktmetamorphen, pyrrhotinhaltigen Kalksteinen wird in dieser Arbeit eine alternative Methode zur Aufzeichnung von Erdmagetfeldvariationen getestet, die sowohl die guten Aufzeichnungsqualitäten der Basalte (TRM), wie auch einen kontinuierlichen Aufzeichnungsprozess beinhalten soll. Dafür wurden Gesteinsproben aus vier verschiedenen Lokationen (Manaslu, Nepal; Isle of Skye, Schottland; Bourg d'Oisan, Frankreich; Elba Island, Italien) untersucht. Mttels mikroskopischer (Lichtmikroskopie, SEM, TEM) und gesteinsmagetischer (IRM, FORC, delta M) Methoden konnte die Qualität der Kalksteine als Träger detailierter magnetischer Information klassifiziert werden. Dies wurde unterstützt durch Laborexperimente, die die Eigenschaften als pTRM Rekorder abschätzen lassen (pTRM checks, Thellier-Thellier tests). Die neue Methode wurde erfolgreich an eine Lokation von Mittel-Elba getestet. Die dort exisiterende NRM ist eine sekundaäre TRM und besteht aus zwei antiparallelen Komponent mit einem breiten Übergangsbereich. Die resultierenden Paläofeldwerte sind äquivalent mit den momentanen Feldwerten in der Region. Im Übergangsbereich (Feldumkehr) gehen die Werte bis auf 5% des normalen Feldwertes zurück. Die zeitliche Einschätzung der Ergebnisse wurde mittels numerischer Modelle erstellt.