Paleomagnetism and magnetic mineralogy of a stalagmite from the Cerâmica Cave, Anisão, Central region of Portugal
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| Publication Date: | 2024 |
| Format: | Master thesis |
| Language: | eng |
| Source: | Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| Download full: | https://hdl.handle.net/10316/116866 |
Summary: | Dissertação de Mestrado em Geociências apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia |
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Paleomagnetism and magnetic mineralogy of a stalagmite from the Cerâmica Cave, Anisão, Central region of PortugalPaleomagnetismo e mineralogia magnética de uma estalagmite da Gruta de Cerâmica, Ansião, região centro de Portugalspeleothemrock magnetismpaleomagnetismstable isotopeskarstespeleotemamagnetismo de rochapaleomagnetismoisótopos estáveiscársicoDissertação de Mestrado em Geociências apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaSpeleothems are secondary cave deposits formed in karst environments through the precipitation of calcium carbonate (CaCO3) and are considered excellent recorders of past climates and Earth’s magnetic field (EMF) variations. Magnetic minerals inherited from the surface soils (of a lithogenic or pedogenic origin) are transported into the cave and are further incorporated on the surface of the stalagmite by the dripping waters. During their deposition on the calcite layers, these magnetic minerals are orientated according to the direction of the EMF, resulting in the acquisition of a detrital remanent magnetization. In addition, the nature, concentration, and grain size of these magnetic minerals are controlled by climate and environmental factors acting on the soils, such as vegetation, precipitation, moisture, and temperature. Therefore, rock magnetic properties of stalagmites can be used as reliable paleoclimatic and paleoenvironmental proxies. Here I studied the paleomagnetism, the rock magnetism, and the stable isotope composition of a stalagmite (labeled GC-III) from the Cerâmica Cave, located in Ansião, Sicó Massif, central mainland Portugal, together with the analysis of as cave and soil sediments, and host rock (carbonates) samples. The paleomagnetic approach is based on the alternating field demagnetization and subsequent measurement of the natural remanent magnetization to isolate the characteristic magnetic component. The magnetic mineralogy is investigated by the analysis of Isothermal Remanent Magnetization (IRM) and Anhysteretic Remanent Magnetization (ARM) curves, hysteresis curves, and First-Order Reversal Curves (FORC) diagrams. Carbon and oxygen isotope composition was measured to discuss the potential link of the magnetic properties with environmental and climate variations. Results show that the stalagmite recorded reliable and robust paleomagnetic directions, close to the direction of the present-day Geomagnetic field in Portugal. However, low uranium content and high content of detrital thorium hampered the precise determination of the age of the magnetization. Based on the comparison of the virtual geomagnetic pole (VGP) calculated for the GC-III stalagmites with the GGFSS70 VGP’s model, an age of 30-34 kyr BP is proposed for the GC-III stalagmite. The magnetic mineralogy of the GC-III stalagmite, the soil, the cave sediments, and the host rock are represented by the association of maghemite/magnetite, hematite, and goethite, in different proportions and grain sizes. In the case of the low-coercive component (maghemite/magnetite), the values of kARM/IRM and the median destructive field (MDF) of ARM of the different stalagmite samples show similar values, close to the pedogenic and/or extracellular magnetite, suggesting a homogenous population of magnetic grains in term of coercivity and grain size. The kARM/IRM and MDF of ARM of the host carbonate plot in eolian magnetite, whereas cave sediment and surface soils have lower and more scattered kARM/IRM and MDF of ARM values but are still close to the pedogenic and/or extracellular magnetite area. Dispersion parameters estimated based on the unmixing of IRM curves are similar between stalagmite, cave, and soil sediments, whereas host rock samples have higher dispersion parameters. This suggests that the magnetite populations contained in the stalagmite are inherited from the surface soils rather than from the host rock. The gradual increase in hematite contribution in the total IRM intensity from the surface soil to the stalagmite observed in the unmixed IRM curves suggests that hematite may have precipitated in the stalagmite posteriorly to the calcite growth or that the deposition of higher amounts of hematite relative to magnetite result from a process of filtering and sorting by a selective transport. A moderate negative correlation between carbon and oxygen isotopes with magnetic susceptibility and IRM intensity suggests that the concentration of magnetic particles deposited in the stalagmite is controlled by rainfall and vegetation cover. These results provide promising insights for future paleomagnetic and paleoclimate studies of the Cerâmica cave.Os espeleotemas são depósitos secundários formados em ambientes cársicos através da precipitação de carbonato de cálcio (CaCO3) e são considerados excelentes registadores de climas passados e variações do Campo Magnético da Terrestre (CMT). Minerais magnéticos provenientes dos solos (de origem litogénica ou pedogénica) são transportados para o interior da gruta e são depositados na superfície da estalagmite através do gotejamento das águas. Durante a sua deposição nas camadas de calcite, esses minerais magnéticos são orientados de acordo com a direção do CMT, que resulta na aquisição de uma magnetização remanescente detrítica. Além disso, a natureza, concentração e tamanho dos grãos destes minerais magnéticos são controlados por factores climáticos e ambientais que atuam nos solos, como a vegetação, a precipitação, a humidade e a temperatura. Portanto, as propriedades magnéticas das estalagmites podem ser usadas como indicadores paleoclimáticos e paleoambientais. Este trabalho consiste no estudo do paleomagnetismo, do magnetismo das rochas e da composição de isótopos estáveis de uma estalagmite (denominada “GC-III”) da Gruta da Cerâmica, localizada em Ansião, Maciço do Sicó, na região centro de Portugal continental, juntamente com a análise de sedimentos da gruta e solos da superfície, e amostras de rocha-mãe (carbonatos). A abordagem paleomagnética baseia-se na desmagnetização de campo alternado e na subsequente medição da magnetização remanescente natural para isolar a componente magnética característica. A mineralogia magnética é investigada pela análise das curvas de Magnetização Remanescente Isotérmica (IRM – Isothermal Remanent Magnetization) e Anisterética (ARM – Anysteretic Remanent Magnetization), curvas de histerese e diagramas de FORC (Firts-order Reversal Curves). A composição isotópica de carbono e oxigénio permite discutir a possível correlação das propriedades magnéticas com as variações ambientais e climáticas. Os resultados mostram que a estalagmite registou direções paleomagnéticas confiáveis e robustas, próximas à direção do campo geomagnético atual em Portugal. No entanto, o baixo teor de urânio e o alto teor de tório detrítico dificultaram a determinação precisa da idade da magnetização. Com base na comparação do polo geomagnético virtual (VGP – Virtual Geomagnetic Pole) da estalagmite GC-III com o modelo VGP GGFSS70, propõe-se uma idade de 30-34 kyr BP. A mineralogia magnética da estalagmite GC-III, do solo e dos sedimentos da gruta e da rocha-mãe é representada pela associação de maghemite/magnetite, hematite e goethite, em diferentes proporções e tamanhos de grãos. No caso do componente de baixa coercividade (maghemite/magnetite), os valores de kARM/IRM e o campo destrutivo médio (MDF – median destructive field) da ARM das diferentes amostras de estalagmite mostram valores semelhantes, próximos à magnetite pedogénica e/ou extracelular, sugerindo uma população homogénea de grãos magnéticos em termos de coercividade e tamanho de grão. Os valores de kARM/IRM e MDF of ARM do carbonato da rocha mãe estão próximos aos da magnetite eólica, enquanto os sedimentos da gruta e os solos da superfície têm valores de kARM/IRM e MDF of ARM mais baixos e mais dispersos, mas ainda próximos à área de magnetite pedogénica e/ou extracelular. Os parâmetros de dispersão estimados com base na decomposição das curvas de IRM são semelhantes entre estalagmite, gruta e sedimentos de solo, enquanto as amostras de rocha-mãe têm parâmetros de dispersão mais altos. Isso sugere que as populações de magnetite contidas na estalagmite são herdadas dos solos superficiais e não da rocha-mãe. O aumento gradual na contribuição de hematite na intensidade total de IRM do solo superficial para a estalagmite observado nas curvas de IRM sugere que a hematite pode ter precipitado na estalagmite posteriormente ao crescimento da calcite ou que as deposições de maiores quantidades de hematite em relação à magnetite resultam de um processo de filtragem por um transporte seletivo. Uma correlação negativa moderada entre os isótopos de carbono e oxigénio com a suscetibilidade magnética e a intensidade de IRM sugere que a concentração de partículas magnéticas depositadas na estalagmite é controlada pelas precipitações e pela cobertura vegetal. Estes resultados fornecem perspetivas promissoras para futuros estudos paleomagnéticos e paleoclimáticos da Gruta da Cerâmica.FCT2024-02-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://hdl.handle.net/10316/116866https://hdl.handle.net/10316/116866TID:203717287engBrás, Ana Raquel Marçaloinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-11-04T23:00:25Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/116866Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T06:10:32.128727Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse |
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