Maan magneettikentän dipolimallin toimivuus inklinaatiojakauman perusteella

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201012023047
Title: Maan magneettikentän dipolimallin toimivuus inklinaatiojakauman perusteella
Author: Veikkolainen, Toni
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2010
Language: fin
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201012023047
http://hdl.handle.net/10138/23671
Thesis level: master's thesis
Discipline: Geophysics
Geofysiikka
Geofysik
Abstract: The magnetic field of the Earth is 99 % of the internal origin and generated in the outer liquid core by the dynamo principle. In the 19th century, Carl Friedrich Gauss proved that the field can be described by a sum of spherical harmonic terms. Presently, this theory is the basis of e.g. IGRF models (International Geomagnetic Reference Field), which are the most accurate description available for the geomagnetic field. In average, dipole forms 3/4 and non-dipolar terms 1/4 of the instantaneous field, but the temporal mean of the field is assumed to be a pure geocentric axial dipolar field. The validity of this GAD (Geocentric Axial Dipole) hypothesis has been estimated by using several methods. In this work, the testing rests on the frequency dependence of inclination with respect to latitude. Each combination of dipole (GAD), quadrupole (G2) and octupole (G3) produces a distinct inclination distribution. These theoretical distributions have been compared with those calculated from empirical observations from different continents, and last, from the entire globe. Only data from Precambrian rocks (over 542 million years old) has been used in this work. The basic assumption is that during the long-term course of drifting continents, the globe is sampled adequately. There were 2823 observations altogether in the paleomagnetic database of the University of Helsinki. The effect of the quality of observations, as well as the age and rocktype, has been tested. For comparison between theoretical and empirical distributions, chi-square testing has been applied. In addition, spatiotemporal binning has effectively been used to remove the errors caused by multiple observations. The modelling from igneous rock data tells that the average magnetic field of the Earth is best described by a combination of a geocentric dipole and a very weak octupole (less than 10 % of GAD). Filtering and binning gave distributions a more GAD-like appearance, but deviation from GAD increased as a function of the age of rocks. The distribution calculated from so called keypoles, the most reliable determinations, behaves almost like GAD, having a zero quadrupole and an octupole 1 % of GAD. In no earlier study, past-400-Ma rocks have given a result so close to GAD, but low inclinations have been prominent especially in the sedimentary data. Despite these results, a greater deal of high-quality data and a proof of the long-term randomness of the Earth's continental motions are needed to make sure the dipole model holds true.Maan magneettikenttä on 99-prosenttisesti sisäsyntyistä alkuperää ja muodostuu dynamoperiaatteen mukaan Maan ulkoytimessä. Carl Friedrich Gauss osoitti 1800-luvulla, että kenttää voidaan kuvata palloharmonisten termien summalla. Nykyisin tähän teoriaan perustuvat mm. IGRF-mallit (International Geomagnetic Reference Field), jotka ovat tarkin saatavilla oleva kuvaus Maan magneettikentästä. Keskimäärin hetkellisen kentän voimakkuudesta dipolin osuus on 3/4 ja ei-dipolaaristen termien 1/4, mutta kentän aikakeskiarvon on oletettu olevan puhdas pyörimisakselin suuntainen dipolikenttä. Tämän ns. GAD-hypoteesin (Geocentric Axial Dipole) pätevyyttä on arvioitu useilla menetelmillä. Tässä työssä testaus on perustunut kentän inklinaation vaihteluun leveysasteen funktiona. Jokainen dipolin (GAD), kvadrupolin (G2) ja oktupolin (G3) yhdistelmä tuottaa tietyn inklinaatiojakauman. Näitä teoreettisia jakaumia on verrattu eri mannerten sekä lopuksi koko maailman havainnoista laskettuihin kokeellisiin jakaumiin. Työssä on käytetty vain prekambrista dataa (yli 542 miljoonan vuoden ikäisistä kivistä). Perusoletuksena on, että kun mantereet liikkuvat riittävän pitkään, niiden vaelluskäyrät kattavat koko maapallon. Helsingin yliopiston paleomagneettisessa tietokannassa oli yhteensä 2823 mittaustulosta. Havaintojen laadun, iän ja kivityypin vaikutusta jakaumiin on testattu. Teoreettisten ja kokeellisten jakaumien vertailuun on käytetty khiin neliötestausta. Myös ajallis-alueellista keskiarvoistusta on käytetty päällekkäisyyksien karsimiseksi. Magmakivihavainnoista tehdyn mallinnuksen perusteella Maan keskimääräistä magneettikenttää kuvaa parhaiten keskeisdipolin ja hyvin heikon oktupolin (10 % GAD:ista) yhdistelmä. Luotettavimmista paleomagneettisista tuloksista, ns. avainnavoista, laskettu jakauma noudattaa GAD:ia lähes täydellisesti, sillä sen kvadrupoli on nolla ja oktupolikin vain 1 % GAD:ista. Missään aiemmassa tutkimuksessa ei ole saatu näin hyvin dipolimalliin sopivaa jakaumaa yli 400 vuosimiljoonan takaiselle aineistolle, vaan matalat inklinaatiot ovat yleensä korostuneet etenkin sedimenttikivissä. Saaduista tuloksista huolimatta dipolimallin toimivuuden varmistamiseksi tarvitaan edelleen lisää laadukasta havaintoaineistoa ja osoitus Maan mannerliikkeiden pitkän aikavälin satunnaisuudesta.
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden.
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
maanmagn.pdf 5.133Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record