Desarrollo de métodos de interpretación de datos geomagnéticos aéreos y satelitarios : Su aplicación a la evolución tectónica del Antártico

Ghidella, Marta Elba

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Disciplina:	fisica
Título:	Desarrollo de métodos de interpretación de datos geomagnéticos aéreos y satelitarios : Su aplicación a la evolución tectónica del Antártico
Título alternativo:	Development of techniques for airborne and satellite geomagnetic data interpretation. Their application to tectonic evolution of the Antarctic
Autor:	Ghidella, Marta Elba
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Filiación:	Argentina. Ministerio de Relaciones Exteriores, Comercio Internacional y Culto. Instituto Antártico Argentino (IAA)
Publicación en la Web:	2017-03-01
Fecha de defensa:	1997
Fecha en portada:	1997
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor en Ciencias Físicas
Director:	LaBrecque, John L.; Duhau, Silvia Noemí C.
Idioma:	Español
Palabras clave:	GEODINAMICA; GEOMAGNETISMO; GRAVEDAD; ANOMALIAS MAGNETICAS Y GRAVIMETRICAS; REDUCCION DE DATOS; MODELACION NUMERICA; TECNICAS DE INVERSION; TECTONICA DE PLACASGEODYNAMIC; GEOMAGNETISM; GRAVITY; MAGNETIC AND GRAVITY ANOMALIES; DATA REDUCTION; INVERSION TECHNIQUES; PLATE TECTONICS; ANTARCTIC
Tema:	geología/geofísica
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n2998_Ghidella
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n2998_Ghidella.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n2998_Ghidella
Ubicación:	Dep.002998
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Ghidella, Marta Elba. (1997). Desarrollo de métodos de interpretación de datos geomagnéticos aéreos y satelitarios : Su aplicación a la evolución tectónica del Antártico. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n2998_Ghidella

Resumen:

El Continente Antártico y los mares que lo rodean constituyen una de las regionesmás inaccesibles del planeta. por su riguroso clima y su permanente coberturade hielo. Para Ia exploración de regiones como ésta cobran especial importancia losmétodos aéreos y satelitarios. Dos métodos geofísicos geopotenciales, Ia magnetometríay la gravímetría, que se basan en la medición de los campos magnéticos ygravitatorios, respectivamente, se pueden implementar desde satélites o aviones. Los métodos de reducción, procesamiento e interpretación de los datos son diferentespara cada caso: magnitud medida y plataforma empleada. Hemos trabajado en los métodos de reducción de los datos geomagnéticos delsatélite Magsat con el cometido de separar Ia contribución de Ia corteza terrestre delas contribuciones del campo principal y el campo externo a la tierra, y para verificarlos resultados obtenidos, anomalías magnéticas de orígen supuestamente cortical,hemos estudiado su correlación con datos aeromagnéticos de alta densidad de coberturaen una región centrada en Ia Península Antártica. Por medio de modelos bi ytridimensionales pudimos demostrar que las fuentes de las anomalías magnéticasobservadas por el satélite son las variaciones enla estructura de la corteza resultantesde actividad volcánica y plutónica relacionadas con la paleo subducción en elmargen Pacífico de la Península Antártica. EI ajuste de dos conjuntos de datos adiferentes alturas nos permitió reducir Ia ambigüedad en la determinación de lasfuentes, y además comprobar que la contribución al campo magnético de las rocasde Ia corteza terrestre es detectable a alturas de satélite aun en regiones tan cercanasal óvalo auroral como las antárticas. Esta conclusión está condicionada a losmétodos de reducción de los datos satelitarios: para un satélite como Magsat, queoperó en órbita heliosincrónica casi polar, ubicada en un meridiano amanecer atardecer, es necesario que con posterioridad a la aplicación de métodos de depuraciónprimarios se apliquen filtros pasabanda bídímensíonales, que permiten eliminarla influencia de los campos ionosféricos cuasi-estables. Los resultados conseguidos nos permitieron ganar confianza en el campo deanomalías satelitarias y extender la modelación más allá de la cobertura de los datosaeromagnéticos, obteniendo de esta manera una estimación de la distribuciónen superficie y en profundidad de las regiones de la corteza antártica con propiedadesmagnéticas significativas, y elucidar su rol en los procesos geodinámicos. Con los datos aeromagnéticos es posible obtener información de mayor resolución (la contrapartida es que no tienen cobertura global como los satelitarios). Unestudio crítico de las técnicas de inversión de las anomalías magnéticas para hallarel techo del basamento magnético, y una nutrida experimentación numérica, nosautorizaron a determinar que las técnicas lineales son las que producen los mejoresresultados prácticos cuando se trata de trabajar con conjuntos de datos grandes. Desarrollamos un método basado en el análisis espectral de los perfiles de anomalíasmagnéticas con el cual produjimos una mapa del relieve del basamento magnético en el mar de Weddell y el margen de La Peninsula Antártica, y usando datosexistentes de topografía, llegamos a una estimación del espesor sedimentario queconcuerda razonablemente con los resultados obtenidos por otros métodos, en lospocos lugares en que los hay. La detección de una profunda cuña sedimentaria de dirección Norte - Sur con sueje ubicado sobre Ia plataforma Este de la Península Antártica. en lugar de estar en el talud continental como suele ser lo normal, nos indujo a intentar invertir los datosgravimétricos existentes (aéreos y satelitarios) para verificar el relieve del fondo marinoen la margen, muy difícilde medir directamente por la presencia de hielo flotante. Analizamos la función de admitancia para gravedad - topografía (relación espectral,que depende de las propiedades elásticas de la litosfera y de la historia de sedimentación),y encontramos que bajo ciertas condiciones puede ser usada parahallar la topografía a partir de la gravimetría. Esto se logró con el uso de la fase dela función, luego de comprobar que en márgenes continentales es compleja y fuertementeno lineal. Pudimos así verificar que el borde de plataforma en realidad seencuentra alrededor de 100 km al Oeste de lo que los mapas anteriores indicaban. Las características morfológicas del margen, y la abundancia de sedimentos en lazona del talud, indican que se formó como un margen pasivo no volcánico. Sin embargo,las anomalías magnéticas de expansión de fondo oceánico indican, maradentro, una dirección de expansión prácticamente paralela a la línea de costa. Estosugiere que desde que el margen se abrió, alrededor de 200 Ma (millones de años)atrás, hasta la actualidad, la Península Antártica sufrió una rotación de alrededor de 90 grados en el sentido de las agujas del reloj. Hay bastante consenso respecto alos movimientos de deriva de la Península en los últimos 84 Ma. Las huellas de losmovimientos anteriores, si bien deterioradas por el tiempo, se encuentran en el marde Weddell como anomalías magnéticas y gravimétricas. Utilizando la teoría de la Tectónica de Placas, que dice que los movimientos de los continentes se puedenajustar mediante rotaciones rígidas en una esfera (la tierra), elaboramos un modelocuantitativo de los movimientos más antiguos de la Península. Según este modelo, la corteza del mar de Weddellse generó casi exclusivamentepor la separación entre Antártida Oeste y Sudamérica, siendo la excepción la posibilidadde que la posición inicial del punto triple generado al abrirse el Océano Atlántico haya estado en el centro de este mar y permanecido allí por un período de 20 Ma. La posición inicial de la Península Antártica se ubica en el margen SO de Sudaméricaen compatibilidad con la propuesta proveniente de estudios geológicos deque se separó con la formación de la cuenca marginal de Rocas Verdes. Los movimientossubsiguientes (hasta Ilegar a los 84 Ma) se subdividen en cuatro etapas,que entotal implican una rotación dextrógira de casi 90° en conjunción con unatraslación hacia el Sur si se toma Sudamérica como referencia. Si se considera quetodos los bloques continentales que componen Antártida Oeste compartieron estosmovimientos, nuestros resultados son razonables en el sentido de que no se producensuperposiciones de masas continentales, y son entonces compatibles con laidea generalizada de que si hubieron desplazamientos relativos entre estos bloques,no fueron demasiado grandes, por lo menos a partir de los 140 Ma

Abstract:

The Antarctic continent and its surrounding marine areas constitute one of themost inaccessible regions of the world, due to its harsh climate and permanent icecoverage. lt is for the exploration of such regions that airborne and satellite methodsattain special relevance. Two geophysical geopotential methods, namely magneticsand gravity, which are respectively based on the measurement of the geomagneticand gravitational fields, are able to be implemented on satellites and aircrafts. We have worked on reduction procedures for the Magsat satellite geomagneticdata by addressing the isolation of the crustal contribution from the main and externalmagnetic fields of the earth, and, in order to check the results thus attained, supposedto be magnetic anomalies of crustal origin, we have studied their correlationwith high density aeromagnetic data in a region centered in the north of the Antarctic Peninsula. We have been able to prove, through the use of two and three dimensionalmodelling, that the sources that create the magnetic anomaly field derivedfrom the satellite data are crustal structure variations resulting from volcanic andplutonic activity related to the paleo subduction on the Pacific margin of the Antarctic Peninsula. The simultaneous fit to two data sets from different altitudes allowed us tominimize the ambiguity in source determination, and furthermore prove that thecrustal contribution to the magnetic field can be detected at satellite altitudes even inan area as close to the auroral oval as the Antarctic. This conclusion is conditionedto the satellite data reduction techniques: for a satellite like Magsat that operated ona sun synchronous orbit in the down - dusk meridian, it is essential that following theprimary reduction a two dimensional band pass filtering procedure be applied to thedata in order to eliminate the influence of the cuasi stable ionospheric fields. The achieved results encouraged us to trust the satellite magnetic anomaly field,and therefore to extend the modelling commitment beyond the aeromagnetic datacoverage, obtaining in this way an areal and depth distribution of estimates of thezones of the Antarctic crust that posses significant magnetic properties, and to elucidatetheirrole in geodynamic processes. The aeromagnetic data set allows us to get more detailed information about theunderlying terrains (the drawback is that the coverage is not worldwide as it is for asatellite). A critical study of the magnetic anomaly inversion techniques that are usedto derive the depth to the magnetic basement, and a profuse numerical experimentation,allowed us to determine that the linear techniques yield the best practical resultswhen large data sets are involved. We have developed a method based onmagnetic anomaly profile spectral analysis with which we produced a map of themagnetic basement relief that comprises the Weddell Sea and the Antarctic Peninsulamargin. By using existing bathymetric data, we obtained sediment thickness estimatesthat are in reasonably good agreement with the few existing results attainedby other geophysical methods. The detection of a deep sedimentary wedge with a north - south directed axis Locatedon top of the eastern Antarctic Peninsula continental shelf, instead of being onthe slope as is normally the case, lead us to try an inversion of the of the existing (airborne and satellite) gravity data in order to check the depth of the sea wateralong the margin. as direct bathymetric measurements are difficult to accomplish dueto the presence of large floating ice fields. We analyzed the gravity - topography admittance function (it is a spectral ratiothat depends on the litosphere’s elastic properties and on the history of sedimentation), and we found that under certain conditions it can be used to derive topographyfrom gravity. This was finally achieved by the use of the phase of the admittance.after having found out that on continental margins it is a largely non linear complexfunction. We could thus verify that the shelf edge is located at about 100 km westfrom what previous maps show. The margin morphology and the great sediment overburden at its slope indicatethat it was Created as a non volcanic passive margin. However, the seaward seafloormagnetic anomaly pattern implies a spreading direction which is rougth parallel tothe shoreline. This suggests that from the early opening of the margin, at about 200 Ma (million years) ago, until present time, the Antarctic Peninsula has undergone a 90 degrees clockwise rotation. There is sufficient consensus regarding the drift ofthe Antarctic Peninsula during the past 84 Ma. The imprint of the former movements,even deteriorated by the elapsed time. show up in the Weddell Sea as magnetic andgravity anomalies. Under the frame of Plate Tectonics, which states that the continentalmovements can be described by rigid rotations on a sphere (the earth) we havecreated a cuantitative model of the oldest drift movements of the Antarctic Peninsula. According to this model, the crust underlying the Weddell Sea was created almostexclusively by the separation between West Antarctica an South America, the onlyexception being the possibility that the initial position of the triple junction, resultingfrom the opening of the South Atlantic Ocean, could have been in the center of the Weddell sea and stayed there for about 20 Ma. The initial position of the Antarctic Peninsula is located on the SW South Americanmargin in agreement with the proposition emerging from geological studies thatit separated from South America concurrently with the creation of the Rocas Verdesbasin. The subsequent movements (up to 84 Ma b.p.) are separated into four stageswhich altogether imply a dextral rotation of almost 90°, combined with a southwardtranslation of relative motion with respect to South America. If all the continentalblocks that comprise West Antarctica are assumed to have shared these movements,our results are feasible under the consideration that there are no overlaps ofcontinental masses, and are therefore compatible with the generalized idea that, ifthere were relative movements between the blocks, they have not been very large, alleast for the past 140 Ma.

Citación:

---------- APA ----------

Ghidella, Marta Elba. (1997). Desarrollo de métodos de interpretación de datos geomagnéticos aéreos y satelitarios : Su aplicación a la evolución tectónica del Antártico. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n2998_Ghidella

---------- CHICAGO ----------

Ghidella, Marta Elba. "Desarrollo de métodos de interpretación de datos geomagnéticos aéreos y satelitarios : Su aplicación a la evolución tectónica del Antártico". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 1997.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n2998_Ghidella

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