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Isolating components of magnetic anisotropy for more reliable anisotropy corrections in paleomagnetism

Applicant Biedermann Andrea Regina
Number 167609
Funding scheme Return CH Advanced Postdoc.Mobility
Research institution Institut für Geophysik ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Geophysics
Start/End 01.05.2018 - 31.10.2018
Approved amount 59'880.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Geophysics
Mineralogy

Keywords (7)

magnetite; NRM deflection; paleomagnetism; hematite; anisotropy corrections; magnetic mineralogy; magnetic fabric

Lay Summary (German)

Lead
Ein Ziel von paläomagnetischen Studien ist, anhand der Magnetisierungsrichtung in Gesteinen die Bewegung der Kontinentalplatten seit das Gestein magnetisiert wurde zu bestimmen. Die Richtung des Erdmagnetfelds variiert mit der geographischen Breite: am Äquator ist es ca. horizontal, an den Polen ungefähr vertikal. Eine grundlegende Annahme vieler paläomagnetischer Untersuchungen ist, die Magnetisierung im Gestein sei parallel zum Magnetfeld. In verformten Gesteinen sind die magnetischen Eigenschaften aber richtungsabhängig, und ihre Magnetisierung ist nicht parallel zur Magnetfeldrichtung, sondern näher an der bevorzugten Magnetisierungsrichtung. Z.B. in Sedimenten liegt diese oft horizontal, und die Erdplatte lag scheinbar näher am Äquator, als tatsächlich der Fall war. Für eine zuverlässige Rekonstruktion der Plattenbewegungen ist es deshalb wichtig, die richtungsabhängigen Eigenschaften des Minerals, das die Magnetisierung trägt, zu bestimmen und dafür zu korrigieren.
Lay summary

Ziele des Forschungsprojekts

Die Eigenschaften genau des richtigen Minerals zu bestimmen, ist eine Herausforderung. Meistens wird die Richtungsabhängigkeit des Gesamtgesteins bestimmt, in der Hoffnung, dass dies eine gute Beschreibung des gewünschten Minerals ist. Das funktioniert aber nur in bestimmten Fällen. Ein Messgerät in Zürich, das Torquemeter, kann die magnetischen Eigenschaften verschiedener Mineralien im gleichen Gestein separieren. Diese Resultate dienen als Referenzwert für andere Methoden, die während dieses Projekts entwickelt werden.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext

Die neuen Methoden werden für mehr Forscher zugänglich sein und dienen somit der Verbreitung einer verbesserten Korrekturpraxis für paläomagnetische Daten, sowie einem besseren Verständnis der Plattenbewegungen.

Direct link to Lay Summary Last update: 17.06.2016

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Beyond the second-order magnetic anisotropy tensor: higher-order components due to oriented magnetite exsolutions in pyroxenes, and implications for palaeomagnetic and structural interpretations
Biedermann Andrea R, Jackson Mike, Chadima Martin, Hirt Ann M, Feinberg Joshua M (2020), Beyond the second-order magnetic anisotropy tensor: higher-order components due to oriented magnetite exsolutions in pyroxenes, and implications for palaeomagnetic and structural interpretations, in Geophysical Journal International, 223(2), 915-933.
Commonly used experimental parameters for acquisition of anhysteretic remanent magnetization (ARM) and its anisotropy (AARM): Results and recommendations from a rock magnetic community survey
BiedermannAndrea R, BilardelloDario, JacksonMike, ChadimaMartin, FeinbergJoshua M (2018), Commonly used experimental parameters for acquisition of anhysteretic remanent magnetization (ARM) and its anisotropy (AARM): Results and recommendations from a rock magnetic community survey, in IRM Quarterly, 28(3), 1.
Magnetic anisotropy in single crystals: a review
Biedermann Andrea R (2018), Magnetic anisotropy in single crystals: a review, in Geosciences, 8(8), 302.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Institute for Rock Magnetism, University of Minnesota United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Group Seminar, Earth and Planetary Magnetism Group, ETH Zurich Individual talk Coercivity-dependent remanence anisotropy - experiments and implications for anisotropy corrections in paleomagnetic studies 28.02.2019 Zurich, Switzerland Biedermann Andrea Regina;
AGU Fall Meeting Talk given at a conference Beyond the second-order tensor: Higher-order components in magnetic anisotropy carried by exsolved magnetite in pyroxene 10.12.2018 Washingon DC, United States of America Biedermann Andrea Regina;
Castle Meeting - New Trends on Paleo, Rock and Environmental Magnetism Talk given at a conference Magnetic anisotropy of ferromagnetic grains – comparison of different methods 10.06.2018 Checiny, Poland Biedermann Andrea Regina;


Communication with the public

Communication Title Media Place Year
Media relations: radio, television SRF Wissenschaftsmagazin: Das Erdmagnetfeld – die unsichtbare Kraft SRF2 German-speaking Switzerland 2018

Abstract

Paleomagnetic studies define a rock’s magnetic history to make paleogeographic reconstructions. The magnetization in a rock can be used to estimate the intensity and direction of the geomagnetic field at the time it was acquired. However, rock deformation or compaction during lithification can lead to a statistical alignment of the ferromagnetic grains’ easy magnetization axes/planes, thus causing deflection of the natural remanent magnetization (NRM). In this case, neither the paleofield direction nor its intensity are recorded accurately. If not accounted for, NRM deflection can cause major problems for paleogeographic reconstructions or the construction of apparent polar wander paths from paleomagnetic studies. Several correction techniques have been developed, but all have weaknesses and no established procedure exists to date. We propose that it is necessary to (1) determine which mineral is responsible for the remanent magnetization in a rock and (2) isolate the component of anisotropy related to this mineral for a correction. We will conduct a combined rock, paleomagnetic and magnetic fabric study on samples containing both magnetite and hematite and develop a best-practice protocol for isolating the anisotropy due to the remanence carrier, which can then be used to correct for NRM deflection. This will benefit not only the paleomagnetism and archeomagnetism communities, but also exploration scientists who model magnetic anomalies, and also face the problem that magnetization can be tilted away from the magnetic field direction.
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