Wenige Daten, spärliche Daten - Data Mining in der paläomagnetischen Datenbank

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Das Erdmagnetfeld wird heute permanent mittels Observatorien und Satelliten beobachtet und gemessen. Über Besonderheiten des Erdmagnetfeldes wie zum Beispiel Erdmagnetfeldumkehrungen gibt es aber keine direkt gemessenen Daten. Gesteine mit bestimmten eisenhaltigen Mineralien können das Erdmagnetfeld jedoch speichern und sind somit unser einziges Fenster zum Erdmagnetfeld der Vergangenheit. Diese Aufzeichnungen sind für unser Verständnis des Geodynamos über geologischen Zeiträume hinweg sehr wichtig. Solche globalen Rekonstruktionen des geomagnetischen Felds über viele Millionen Jahre hinweg sind allerdings nur dann aussagekräftig, wenn genügend Daten vorliegen. Leider ist die Datenmenge paläomagnetischer Studien vergleichsweise klein, da sie recht aufwendig sind. Für Rekonstruktionen des geomagnetischen Feldes müssen daher Daten aus größeren Zeitspannen zusammengefasst werden, um genug Daten für eine valide Aussage über das gesamt Erdmagnetfeld zusammenzutragen.

Sanja möchte Fortschritte in unserem Verständnis des Geodynamos vor Millionen von Jahren möglich machen und wertet dafür bereits durchgeführte paläomagnetische Studien nach ihrer Eignung für solche Rekonstruktionen aus. Vor allem für sehr lange stabile Phasen ohne Feldumkehrungen names Superchrons und auch Hyperreversing Phasen möchte Sanja eine gute Datengrundlage zusammentragen und die Phasen modellieren.

Daten sammeln für besondere Zeiten in der Geschichte des Geodynamos

Die Daten bereits durchgeführter paläomagnetischer Analysen wurden in einer Datenbank zusammengefasst. Paläomagnetischen Daten sind für bestimmte Zeiträume und/oder die räumliche Verteilung über den Globus zum Teil recht spärlich und zudem auch von schwankender Qualität. Es wäre natürlich wünschenswert nur hochwertige Daten zu nutzen, aber gleichzeitig sollte eine ausreichend abdeckende Verteilung erhalten bleiben, um Aussagen über das globale Erdmagnetfeld machen zu können. Diese Datenverteilung und deren Qualität sind die Schlüsselkriterien, um herauszufinden welche Zeiträume für weitere Analyse geeignet sind.

Bei Datenanalysen über geologische Zeiträume hinweg muss allerdings zudem noch die Plattentektonik mit bedacht werden: Der Ort, an welchem heute die Proben für eine paläomagnetische Analyse genommen wurden war vor mehreren Millionen Jahren nicht notwendigerweise derselbe, das sich die Erdplatten in der Zeit weiterbewegt haben. Sanja wendet verschiedene Plattentektonikmodelle auf ihre Daten an, um deren Einfluss auf Feldmodelle bestimmen zu können.

Kurzzusammenfassung aus dem Tagungsband (in englischer Sprache)

Towards global time-average models of the geomagnetic field over deep geological time

Sanja Panovska¹, Richard Bono², Yael Engbers³, Monika Korte¹

1: GFZ Potsdam; 2: Florida State University Tallahassee, FL, USA; 3: Netherlands Organization for Applied Science TNO, The Hagues, The Netherlands

Studying the Earth’s magnetic field variations throughout geological history is essential for understanding the dynamical processes in the Earth’s outer core and coupling with other layers. Global reconstructions of the long-term variations are only possible when sufficient data are available for a given time period. Recent progress in compiling paleomagnetic data resulted in a database that contains paleomagnetic intensity and directions since 4 billion years ago (PINT). Overall, the paleomagnetic records are sparsely distributed in time and space and are of varying quality. It is essential to select high-quality data but, at the same time, to keep the spatial distribution sufficient for building global models. We consider the data distribution and quality the key criteria in determining which time periods to analyze. When data allow, given periods are modelled with the whole dataset and with data separated into normal and reversed datasets. One further issue that needs to be addressed is the paleospatial data distribution. Different plate motion models are used to reconstruct the site original locations in order to obtain robust field estimates. After we select the time intervals over the Earth’s history, we will build global, time-averaged field models. Available statistical parameters, such as from Giant Gaussian Process models derived for different periods, will be compared to the global models. Our aim is to reconstruct the time-averaged field morphology for intervals when the field was stable for a very long time, or very active, as well as characteristic geological epochs. The results are important for providing information on distinct states of the paleomagnetic field and, thus, on the driving mechanism of the geodynamo.

Towards global time-average models of the geomagnetic field over deep geological time. Sanja Panovska, Richard Bono, Yael Engbers, Monika Korte, Castle Meeting 2024, Utrecht, NL, June 30 – July 6, 2024, Session B: Archeomagnetism; Geomagnetism; Environmental magnetism, 2024