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???metadata.dc.type???: Dissertação
Title: EXPLORING VARIABILITY OF TIPPERS AT COASTAL AND ISLAND OBSERVATORIES DUE TO TEMPORAL VARIATIONS OF OCEANIC ELECTRICAL CONDUCTIVITY
???metadata.dc.creator???: RIGAUD DO AMARAL, RAFAEL
???metadata.dc.contributor.advisor1???: JASBINSCHEK DOS REIS PINHEIRO, KATIA
???metadata.dc.description.resumo???: O campo geomagnético registrado em observatórios magnéticos contém informações tanto de componentes indutoras (externas) quanto induzidas (internas). Este tipo de dado é tradicionalmente utilizado para investigar a condutividade elétrica do manto terrestre. Além disso, estudos recentes mostraram que tippers calculados usando medidas de curto período feitas em observatórios em ilhas são sensíveis à condutividade elétrica da litosfera oceânica e do manto superior. Estes se devem a contrastes de condutividade entre rochas resistivas continentais e a água oceânica condutiva. As componentes dos tippers também apresentam variações pequenas, porém sistemáticas, que acredita-se serem devidas a variações dos campos magnéticos externos. Levando em consideração ambos fenômenos, neste estudo eu fiz uma mudelagem numéria do efeito de condutividade elétrica oceânica em tippers estimados em observatórios magnéticos localizados em ilhas. Eu modelei a parte dos tippers que se deve a variações de condutividade oceânica em profundidade. Além disso, modelei tippers usando variações temporais de condutividade oceânica para analisar se estas explicam parte das variações temporais observadas em estudos prévios. Eu criei modelos de condutividade tridimensionais (3-D) discretizando dados de batimetria oriundos de modelos globais. Os modelos condutivos são construídos incorporando valores realísticos de condutividade oceânica, calculados a partir de modelos globais de temperatura e salinidade. Para incorporar efeitos condutivos tridimensionais (3-D) ao longo das linhas de costa, eu modelei os campos eletromagnéticos utilizando um código cartesiano baseado no método de equações integrais. Eu defini o efeito oceânico indutivo (OIE) pela diferença entre tippers calculados a partir de modelos com condutividade elétrica variando em profundidade e com condutividade elétrica oceânica constante (conforme feito em estudos anteriores). Eu também investiguei as variações sazonais das componentes de tippers calculadas utilizando medidas experimentais de uma distribuição global de observatórios magnéticos pertencentes ao INTERMAGNET. Os resultados da etapa de modelagem deste estudo mostram que as diferenças nos tippers devido a variações de condutividade em profundidade são observadas em parte dos observatórios magnéticos localizados em latitudes baixas e médias, regiões com elevada condutividade elétrica oceânica. A amplitude deste efeito e os períodos em que ele é observado variam dependendo da condutividade elétrica e batimetria da região de observações. Entretanto, temporalmente estas variações de condutividade têm um efeito desprezível na variabilidade temporal das componentes dos tippers. Além disso, em geral tippers calculados a partir de modelos com variações realísticas de condutividade elétrica oceânica reproduzem as observações de forma mais precisa do que aqueles calculados utilizando valores constantes de condutividade. Desta maneira, recomenda-se incorporar a condutividade elética dos oceanos de forma precisa ao modelar tippers em regiões oceânica, caso hajam dados disponíveis e confiáveis. A parte experimental desta dissertação foi o primeiro estudo a analizar variações sazonais de tippers em baixas latitudes e regiões equatoriais. Eu calculei tippers experimentais a partir de dados geomagnéticos utilizando um método robusto. Para incorporar efeitos sazonais, as variabilidades correspondentes foram agrupadas nas Estações Lloyd. Para a componente norte dos tippers, variações sazonais têm implicações para inversões de dados eletromagnéticos (EM) apenas em latitudes maiores do que 35o e para períodos maiores do que 1200 segundos. Além disso, nestas regiões existem grandes diferenças de amplitude entre componentes dos tippers medidas durante os solstícios de Dezembro e Junho que precisam ser levadas em consideração ao comparar tippers medidos em estações diferentes. Para a parte real da componente leste, variações sazonais podem ser relevantes para inversões de dados EM em um intervalo de latitudes maior, de 35o até 60o, e para períodos maiores do que 2400 segundos. Para a parte leste da componente imaginária, modulações sazonais são observadas em todas as latitudes em 2400 segundos, mas elas têm efeitos desprezíveis para estudos EM. Para ambas as componentes, variações de tippers medidas durante os equinócios são desprezíveis. Assim, medir tipeprs durante esta estação pode ser eficaz para minimizar efeitos sazonais nas regiões supracitadas. Desta maneira, os resultados de ambas as partes deste estudo evidenciam a necessidade de se considerar efeitos geomagnéticos anômalos, sejam eles oriundos dos oceanos ou de fatores externos, ao modelar e inverter tippers.
Abstract: Geomagnetic field variations recorded at magnetic observatories contain information from both inducing (external, or source) and induced (internal) components. Such data is traditionally used to investigate electrical conductivity of the Earth’s mantle. Furthermore, recent studies have shown that tippers calculated from short-period magnetic data measured at island observatories constrain electrical conductivity of the oceanic litosphere and upper mantle. These are due to conductivity contrasts between resistive continental landmass and conductive seawater. Moreover, tipper components present small but systematic seasonal variations whose origin is believed to be associated to external magnetic source fields variations. Taking both phenomena into account, in this study I performed numerical modelling of the oceanic electrical induction effect (OIE) on tippers estimated in island observatories. I modelled the part of tippers that is due to depth-varying oceanic electrical conductivity. Furthermore, I modelled tippers using time-varying oceanic conductivity to analyze whether part of their temporal variability is due to temporal variations of oceanic conductivity. I created 3-D conductivity models by discretizing bathymetry data. These models incorporate realistic oceanic conductivity, which are calculated from global temperature and salinity fields. To account for three-dimensional (3-D) conductivity effects along coastlines, I modelled electromagnetic (EM) fields using a Cartesian integral equation solver. I defined the OIE by the difference between tippers calculated from models incorporating depth-varying constant (with respect to depth) oceanic electrical conductivity. I also investigated the seasonal variations of experimental tipper components calculated from a global distribution of INTERMAGNET observatories. The results from the modelling part of this study show that differences in tippers due to depth-varying oceanic conductivity are observed in most of the magnetic observatories located in low to mid latitudes, regions where oceanic electrical conductivity is larger than 3.2 S/m. Amplitude of this effect and period ranges where it may be observed vary depending on local oceanic conductivity and bathymetry. However, modelled temporal variations of tippers due to time-varying oceanic conductivity are negligible in comparison with observations. Nevertheless, in general tippers modelled incorporating depth-varying oceanic conductivity reproduce observations better than those calculated from constant conductivity models. Thus, it is recommended to accurately incorporate oceanic electrical conductivity when modelling tippers in oceanic sites, if this data is available and trustworthy. The experimental part of this dissertation was the first study to analyze seasonal variations of tippers in low latitudes and equatorial regions. I calculated experimental tippers from monthly XYZ magnetic observatory data using a robust section-averaging approach. To account for seasonal effects, their corresponding variabilities were grouped into the three Lloyd Seasons of the year. For the northward tipper components, seasonal variations have implications for electromagnetic (EM) inversion only in latitudes larger than 35o and for periods larger than 1200 seconds. Furthermore, in these regions there are large amplitude differences between northward tipper components measured in December and June solstices that need to be accounted for when comparing responses measured during different seasons. For the real eastward tipper component, seasonal variations can be relevant for EM inversions in a larger latitude range, from -35o to 60o, and for periods larger than 2400 seconds. For the imaginary eastward component, seasonal modulations are observed in all latitudes at 2400 seconds, but they are negligible for EM studies. For both components, variations of tippers measured during the equinox are negligible. Thus, measuring tippers during this season can be effective to minimize seasonal source effects in the aforementioned regions. Therefore, results from both parts of this dissertation highlight the necessity of taking into account anomalous geomagnetic inductive effects, either arising from the ocean or from external fields, when modelling and inverting tippers. Geomagnetism; Magnetotellurics; Tippers.
Keywords: Geomagnetismo;Método Magnetotelúrico;Tippers.
???metadata.dc.subject.cnpq???: GEOFISICA::GEOMAGNETISMO
Language: por
???metadata.dc.publisher.country???: Brasil
Publisher: Observatorio Nacional
???metadata.dc.publisher.initials???: ON
???metadata.dc.publisher.department???: Divisão de Programas de Pós-Graduação - DIPPG
???metadata.dc.publisher.program???: Programa de Pós-Graduação em Geofísica
Citation: RIGAUD DO AMARAL, RAFAEL. EXPLORING VARIABILITY OF TIPPERS AT COASTAL AND ISLAND OBSERVATORIES DUE TO TEMPORAL VARIATIONS OF OCEANIC ELECTRICAL CONDUCTIVITY. 2020. 62 páginas da Dissertação do Programa de Pós-Graduação em Geofísica - Observatório Nacional, ON .
???metadata.dc.rights???: Acesso Aberto
URI: http://localhost:8080/tede/handle/tede/127
Issue Date: 27-Jan-2020
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado PPGG

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