@phdthesis{Michalk2009,
  author    = {Michalk, Daniel M.},
  title     = {An appraisal of a new method for the full-vector reconstruction of the Earth's magnetic field - applied to volcanic rocks from Mexico},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-31868},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2009},
  abstract  = {Das Magnetfeld der Erde wird durch Konvektionsstr{\"o}mungen im elektrisch leitf{\"a}higen, fl{\"u}ssigen eisenreichen {\"a}ußeren Erdkern erzeugt. Eine drastische Auspr{\"a}gung der dynamischen Prozesse im {\"a}ußeren Erdkern sind sowohl Polarit{\"a}tswechsel {\"u}ber geologische Zeitr{\"a}ume, als auch geomagnetische Feldexkursionen (kurze Umpolungen). Letztere sind in geologischen Archiven h{\"a}ufig unzureichend dokumentiert. F{\"u}r ein verbessertes Verst{\"a}ndnis {\"u}ber die Entwicklung des Erdmagnetfeldes in geologischer Vergangenheit ben{\"o}tigen wir Informationen {\"u}ber die Geometrie des gesamten Vektorfeldes, wof{\"u}r neben der Bestimmung der Feldrichtungen auch die Bestimmung der absoluten Pal{\"a}ointensit{\"a}t und des Alters notwendig ist. Insbesondere Vulkanite bieten die M{\"o}glichkeit, Daten {\"u}ber die Richtung und vor allem auch die Intensit{\"a}t des Erdmagnetfeldes zur Zeit ihrer Platznahme zu gewinnen. Bisweilen ist eine genaue Charakterisierung der Entwicklung des Erdmagnetfeldes in Zeit und Raum schwer m{\"o}glich, was sich in erster Linie auf den generellen Mangel an Pal{\"a}ointensit{\"a}tsdaten zur{\"u}ckf{\"u}hren l{\"a}sst. Ein Grund hierf{\"u}r ist, dass die meisten Methoden zur absoluten Pal{\"a}ointensit{\"a}tsbestimmung, auf Modifikationen der Thellier Methode basieren, welche nur auf magnetische Minerale im Einbereichs-Dom{\"a}nenzustand anwendbar ist und zudem hohe Ausschussraten liefert. Eine alternative Methode zur Bestimmung der absoluten Pal{\"a}ointensit{\"a}t ist die k{\"u}rzlich entwickelte „multispecimen parallel differential pTRM" (MS) Methode, welche im Vergleich zur Thellier Methode den Vorteil hat, dass sie theoretisch unabh{\"a}ngig ist vom Dom{\"a}nenzustand der magnetischen Minerale und somit auf alle Vulkanite anwendbar ist. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit lag darauf, neue Informationen {\"u}ber das Auftreten und gegebenfalls die globale G{\"u}ltigkeit von geomagnetischen Feldexkursionen zu gewinnen. Hierf{\"u}r wurden etwa 75 Lavafl{\"u}sse des Transmexikanischen Vulkang{\"u}rtels f{\"u}r pal{\"a}omagnetische Studien beprobt. Eine Korrelation der mittleren Pal{\"a}orichtungen von 56 mexikanischen Laven mit einer um Feldexkursionen erg{\"a}nzten geomagnetischen Polarit{\"a}tszeitskala, lieferte Hinweise auf 4 Exkursionen. Ein bedeutendes Ergebnis dieser Arbeit sind ann{\"a}hrend komplett inversen Richtungen zweier Laven der Brunhes Chron. Dies gibt einen Hinweis darauf, dass diese Exkursionen kurze Zeitintervalle inverser Polarit{\"a}t mit globaler G{\"u}ltigkeit repr{\"a}sentieren k{\"o}nnten. Ein weiterer Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit war, die neue MS Methode auf ihre Anwendbarkeit und Genauigkeit hin zu testen. Hierf{\"u}r wurden Pal{\"a}ointensit{\"a}tsexperimente an 11 historischen Laven aus Mexiko und Island durchgef{\"u}hrt. Ein Vergleich der Pal{\"a}ointensit{\"a}ten mit Daten von magnetischen Observatorien ergab, dass die MS Methode einen generellen Trend zur {\"U}bersch{\"a}tzung der Pal{\"a}ointensit{\"a}t aufweisst, welcher anhand von komplementierenden gesteinsmagnetischen Daten mit magnetischen Mineralen im Mehrbereichsteilchen-Zustand in Verbindung gebracht werden konnte. Diese Beobachtung liefert demnach einen ersten Beweis daf{\"u}r, dass die MS Methode m{\"o}glicherweise nicht wie urspr{\"u}nglich angenommen unabh{\"a}ngig vom Dom{\"a}nenzustand der Tr{\"a}germinerale ist. Im weiteren wurde eine Komplementierung der Richtungsdaten mexikanischer Laven durch absolute Pal{\"a}ointensit{\"a}tsbestimmungen angestrebt. Hierf{\"u}r wurde die MS Methode herangezogen und zum ersten Mal in großem Umfang auf Vulkanite mit Altern von bis zu 3,5 Millionen Jahre angewendet. Ein Vergleich mit Rekonstruktionen des Dipol-Momentes, welche auf den Daten der gegenw{\"a}rtigen globalen Pal{\"a}ointensit{\"a}tsdatanbasis basieren, ergaben, dass diese MS Daten mit hoher statistischer Wahrscheinlichkeit im Mittel etwa 30\% h{\"o}her sind. Die generell zu hohen Pal{\"a}onintensit{\"a}ten nach der MS Methode bekr{\"a}ftigen daher die Ergebnisse von historischen Laven dieser Arbeit, sowie anderer experimenteller Studien an synthetischen Proben, bei denen {\"U}bersch{\"a}tzungen von MS Pal{\"a}ointensit{\"a}ten von bis zu 30\% festgestellt wurden. Der Process, aus dem diese {\"U}bersch{\"a}tzung der Pal{\"a}ointensit{\"a}t resultiert ist eine Asymetrie des Entmagnetisierungs- und Remagnetisierungsprozesses heisst, dass ein effektives Entmagnetisieren w{\"a}hrend der Remagnetisierung im angelegten Laborfeld erfolgt. Diese Asymetrie scheint besonders bei pseudo-Einbereichsteilchen ausgepr{\"a}gt zu sein. Es wird allerdings davon ausgegangen, dass diese {\"U}bersch{\"a}tzung nicht gr{\"o}ßer ist, als was man bei einem Thellier Experiment an Proben mit {\"a}hnlicher magnetischer Korngr{\"o}ße erwarten w{\"u}rde.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Liu2019,
  author    = {Liu, Jiabo},
  title     = {Dynamics of the geomagnetic field during the last glacial},
  doi       = {10.25932/publishup-42946},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-429461},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xv, 158},
  year      = {2019},
  abstract  = {Geomagnetic paleosecular variations (PSVs) are an expression of geodynamo processes inside the Earth's liquid outer core. These paleomagnetic time series provide insights into the properties of the Earth's magnetic field, from normal behavior with a dominating dipolar geometry, over field crises, such as pronounced intensity lows and geomagnetic excursions with a distorted field geometry, to the complete reversal of the dominating dipole contribution. Particularly, long-term high-resolution and high-quality PSV time series are needed for properly reconstructing the higher frequency components in the spectrum of geomagnetic field variations and for a better understanding of the effects of smoothing during the recording of such paleomagnetic records by sedimentary archives. In this doctorate study, full vector paleomagnetic records were derived from 16 sediment cores recovered from the southeastern Black Sea. Age models are based on radiocarbon dating and correlations of warming/cooling cycles monitored by high-resolution X-ray fluorescence (XRF) elementary ratios as well as ice-rafted debris (IRD) in Black Sea sediments to the sequence of 'Dansgaard-Oeschger' (DO) events defined from Greenland ice core oxygen isotope stratigraphy. In order to identify the carriers of magnetization in Black Sea sediments, core MSM33-55-1 recovered from the southeast Black Sea was subjected to detailed rock magnetic and electron microscopy investigations. The younger part of core MSM33-55-1 was continuously deposited since 41 ka. Before 17.5 ka, the magnetic minerals were dominated by a mixture of greigite (Fe3S4) and titanomagnetite (Fe3-xTixO4) in samples with SIRM/κLF >10 kAm-1, or exclusively by titanomagnetite in samples with SIRM/κLF ≤10 kAm-1. It was found that greigite is generally present as crustal aggregates in locally reducing micro-environments. From 17.5 ka to 8.3 ka, the dominant magnetic mineral in this transition phase was changing from greigite (17.5 - ~10.0 ka) to probably silicate-hosted titanomagnetite (~10.0 - 8.3 ka). After 8.3 ka, the anoxic Black Sea was a favorable environment for the formation of non-magnetic pyrite (FeS2) framboids. Aiming to avoid compromising of paleomagnetic data by erroneous directions carried by greigite, paleomagnetic data from samples with SIRM/κLF >10 kAm-1, shown to contain greigite by various methods, were removed from obtained records. Consequently, full vector paleomagnetic records, comprising directional data and relative paleointensity (rPI), were derived only from samples with SIRM/κLF ≤10 kAm-1 from 16 Black Sea sediment cores. The obtained data sets were used to create a stack covering the time window between 68.9 and 14.5 ka with temporal resolution between 40 and 100 years, depending on sedimentation rates. At 64.5 ka, according to obtained results from Black Sea sediments, the second deepest minimum in relative paleointensity during the past 69 ka occurred. The field minimum during MIS 4 is associated with large declination swings beginning about 3 ka before the minimum. While a swing to 50°E is associated with steep inclinations (50-60°) according to the coring site at 42°N, the subsequent declination swing to 30°W is associated with shallow inclinations of down to 40°. Nevertheless, these large deviations from the direction of a geocentric axial dipole field (I=61°, D=0°) still can not yet be termed as 'excursional', since latitudes of corresponding VGPs only reach down to 51.5°N (120°E) and 61.5°N (75°W), respectively. However, these VGP positions at opposite sides of the globe are linked with VGP drift rates of up to 0.2° per year in between. These extreme secular variations might be the mid-latitude expression of the Norwegian-Greenland Sea excursion found at several sites much further North in Arctic marine sediments between 69°N and 81°N. At about 34.5 ka, the Mono Lake excursion is evidenced in the stacked Black Sea PSV record by both a rPI minimum and directional shifts. Associated VGPs from stacked Black Sea data migrated from Alaska, via central Asia and the Tibetan Plateau, to Greenland, performing a clockwise loop. This agrees with data recorded in the Wilson Creek Formation, USA., and Arctic sediment core PS2644-5 from the Iceland Sea, suggesting a dominant dipole field. On the other hand, the Auckland lava flows, New Zealand, the Summer Lake, USA., and Arctic sediment core from ODP Site-919 yield distinct VGPs located in the central Pacific Ocean due to a presumably non-dipole (multi-pole) field configuration. A directional anomaly at 18.5 ka, associated with pronounced swings in inclination and declination, as well as a low in rPI, is probably contemporaneous with the Hilina Pali excursion, originally reported from Hawaiian lava flows. However, virtual geomagnetic poles (VGPs) calculated from Black Sea sediments are not located at latitudes lower than 60° N, which denotes normal, though pronounced secular variations. During the postulated Hilina Pali excursion, the VGPs calculated from Black Sea data migrated clockwise only along the coasts of the Arctic Ocean from NE Canada (20.0 ka), via Alaska (18.6 ka) and NE Siberia (18.0 ka) to Svalbard (17.0 ka), then looping clockwise through the Eastern Arctic Ocean. In addition to the Mono Lake and the Norwegian-Greenland Sea excursions, the Laschamp excursion was evidenced in the Black Sea PSV record with the lowest paleointensities at about 41.6 ka and a short-term (~500 years) full reversal centered at 41 ka. These excursions are further evidenced by an abnormal PSV index, though only the Laschamp and the Mono Lake excursions exhibit excursional VGP positions. The stacked Black Sea paleomagnetic record was also converted into one component parallel to the direction expected from a geocentric axial dipole (GAD) and two components perpendicular to it, representing only non-GAD components of the geomagnetic field. The Laschamp and the Norwegian-Greenland Sea excursions are characterized by extremely low GAD components, while the Mono Lake excursion is marked by large non-GAD contributions. Notably, negative values of the GAD component, indicating a fully reversed geomagnetic field, are observed only during the Laschamp excursion. In summary, this doctoral thesis reconstructed high-resolution and high-fidelity PSV records from SE Black Sea sediments. The obtained record comprises three geomagnetic excursions, the Norwegian-Greenland Sea excursion, the Laschamp excursion, and the Mono Lake excursion. They are characterized by abnormal secular variations of different amplitudes centered at about 64.5 ka, 41.0 ka and 34.5 ka, respectively. In addition, the obtained PSV record from the Black Sea do not provide evidence for the postulated 'Hilina Pali excursion' at about 18.5 ka. Anyway, the obtained Black Sea paleomagnetic record, covering field fluctuations from normal secular variations, over excursions, to a short but full reversal, points to a geomagnetic field characterized by a large dynamic range in intensity and a highly variable superposition of dipole and non-dipole contributions from the geodynamo during the past 68.9 to 14.5 ka.},
  language  = {en}
}