Paleomagnetismo e mineralogia magnética das estalagmites da gruta de Mira d'Aire, Leiria

Abstract

Speleothems are considered ideal archives for recording variations in the Earth's magnetic field, as the magnetic particles are deposited according to the direction of the magnetic field and are quickly encapsulated in the calcite matrix, unaffected by post-depositional processes. For this dissertation, two stalagmites were investigated: a stalagmite from the Mira d' Aire Cave (GMA-II) and another stalagmite from an adjacent cave that is part of the same karst system (GN-III). The Mira d' Aire karst units are among the most important in Portugal and this is the first magnetic study of the speleothems in this cave. The aim is to find out if the stalagmites studied are good candidates for paleomagnetic studies, to find out the origin of the magnetic minerals, the mechanism for acquiring magnetization and to see if there is a relationship between magnetic mineralogy and climatic parameters. Soil and bedrock sampling was also carried out at the sampling site. Paleomagnetic data obtained under the FCT "SAMEPA" project was analyzed using principal component analysis to define the direction of the remanent magnetization. Magnetic properties were measured by acquiring and processing isothermal remanent magnetization (IRM) curves and anisotropic remanent magnetization (ARM) curves. The isothermal remanent magnetization curve was acquired using MaxUnmix software to differentiate the magnetic components. GMA-II recorded stable magnetization of primary origin, while in GN-III the magnetization is unstable, and the magnetic directions are random. The magnetic mineralogy data from the GMA-II stalagmite indicates pedogenic magnetite, from the soils covering the cave, as the main carrier of the magnetization. In the same stalagmite, a variation in the polarity of the earth's magnetic field was identified, with negative inclinations observed in one of the levels, which probably corresponds to a geomagnetic excursion. The pattern of variation in the isotopic composition of the GMA-II stalagmite is indicative of glacial/interglacial climatic variations, but there was no correlation between magnetic properties and isotopic composition as suggested by previous studies. The fact that the GN-III stalagmite did not provide useful paleomagnetic data can be explained by the low concentration of magnetic minerals, demonstrated by the lower MRI values, or by the oxidation or recrystallisation of new magnetic minerals during calcite dissolution processes after its formation.

Os espeleotemas são considerados como arquivos ideais para registar as variações do campo magnético terrestre, pois as partículas magnéticas depositam-se de acordo com a direção do campo magnético e são rapidamente encapsuladas na matriz calcítica, não sendo afetadas por processos pós-deposicionais. Para esta dissertação foram investigadas duas estalagmites: uma estalagmite da Gruta de Mira d’Aire (GMA-II) e outra estalagmite de uma gruta adjacente que faz parte do mesmo sistema cársico (GN-III). As unidades cársicas de Mira d’Aire estão entre as mais importantes de Portugal e este é o primeiro estudo magnético dos espeleotemas desta gruta. Pretende-se saber se as estalagmites estudadas são boas candidatas para estudos paleomagnéticos, saber a origem dos minerais magnéticos, o mecanismo de aquisição da magnetização e verificar se há relação entre a mineralogia magnética e parâmetros climáticos. Fez-se também um processo de amostragem de solos e rocha-mãe no local de amostragem. Foram analisados dados paleomagnéticos obtidos no âmbito do projeto FCT “SAMEPA” através da análise das componentes principais de modo a definir a direção da magnetização remanescente. Foram feitas medições das propriedades magnéticas através da aquisição e tratamento de curvas de magnetização remanescente isotérmica (MRI), e de curvas de magnetização remanescente anisterética (MRA). Fez-se a aquisição da curva de magnetização remanescente isotérmica, usando o software MaxUnmix para a diferenciação das componentes magnéticas. GMA-II registou uma magnetização estável, de origem primária, enquanto na GN-III a magnetização é instável e as direções magnéticas são aleatórias. Os dados de mineralogia magnética da estalagmite GMA-II indicam a magnetite pedogénica, proveniente dos solos que cobrem a gruta, como principal portador da magnetização. Na mesma estalagmite foi identificada uma variação da polaridade do campo magnético terrestre, observando-se inclinações negativas num dos níveis que corresponde provavelmente a uma excursão geomagnética. O padrão da variação da composição isotópica da estalagmite GMA-II é indicativo de variações climáticas de tipo glacial/interglacial, mas não se verificou uma correlação entre propriedades magnéticas e composição isotópica tal como sugerido por estudo anteriores. O fato da estalagmite GN-III não ter fornecido dados paleomagnéticos de qualidade pode ser explicado pela baixa concentração de minerais magnéticos, demonstrada pelos valores mais baixos da MRI, ou pela oxidação ou recristalização de novos minerais magnéticos durante processos de dissolução da calcite após a sua formação.