Advanced

Magnetic grain-size analyses of Holocene sediments in the North Atlantic and Norwegian Sea : palaeoceanographic applications

Wall, Torbjörn (2004) In Dissertations in Geology at Lund University
Department of Geology
Abstract
High-resolution magnetic hysteresis measurements were carried out on three sediment cores, one from the North Atlantic and two from the Norwegian Sea. These measurements can be used to reconstruct changes in magnetic grain-size. Physical grain-size has been interpreted as a proxy for bottom current intensity (McCave et al. 1995) and this study shows that the hysteresis measurements can contribute as a proxy for near bottom currents in this region during the Holocene, but only when the magnetic measurements are combined with other proxy records. The magnetic grain-size record of one core from the Norwegian Sea has been compared with sea surface temperature reconstructions produced by Calvo et al. (2002) and Birks & Koç (2002). The dominant... (More)
High-resolution magnetic hysteresis measurements were carried out on three sediment cores, one from the North Atlantic and two from the Norwegian Sea. These measurements can be used to reconstruct changes in magnetic grain-size. Physical grain-size has been interpreted as a proxy for bottom current intensity (McCave et al. 1995) and this study shows that the hysteresis measurements can contribute as a proxy for near bottom currents in this region during the Holocene, but only when the magnetic measurements are combined with other proxy records. The magnetic grain-size record of one core from the Norwegian Sea has been compared with sea surface temperature reconstructions produced by Calvo et al. (2002) and Birks & Koç (2002). The dominant magnetic mineral in the sediment is low titanium content magnetite (titanomagnetite) and the grain-size variation is discussed as a potential of near-bottom current flow intensity during the Holocene. A core from the Vøring plateau (MD95-2011) shows that the magnetic grain-size has a significant positive correlation to SST during the Holocene. Maximum sediment grain-size was reached between 9000 to 6000 cal BP, which would imply that the THC was most active in the Norwegian Sea during the Holocene thermal maximum, as registered by SST and terrestrial reconstructions. The core LO09-14 on the Reykjanes Ridge in the North Atlantic shows the same behaviour during the first part of the Holocene, but after 7500 cal BP there are indications of a shift in the oceanographic conditions and at 3700 cal BP the magnetic mineral sediment source changed and the magnetic properties cannot be used to reconstruct near-bottom current flow intensity. Core M23258-2 from south of Svalbard does not show the same behaviour at all and the variable magnetic properties of the core appear to be dominated by ice-rafted-debris. (Less)
Abstract (Swedish)
Populärvetenskaplig sammanfattning: Fokus i denna studie är magnetiska kornstorleksvariationer i havssediment. Frågeställningen är: finns det en koppling mellan kornstorleksvariationer i havsbottensedimenten och bottenströmmarnas intensitet? Undersökningarna utfördes på tre sedimentborrkärnor har tagits upp från Nordatlanten och Norska havet. Enligt resultaten i denna studie finns det en koppling mellan kornstorleksvariationer och yttemperaturen i havet, vilket i sin tur har tolkats som bottenströmsintensitet (Snowball and Moros 2003).

Det magnetiska uppförandet av magnetit med låg halt av titan (titanomagnetit) har studerats för bestämning av mineralens olika magnetiska domäner. Varje domän består av en magnetfältsriktning.... (More)
Populärvetenskaplig sammanfattning: Fokus i denna studie är magnetiska kornstorleksvariationer i havssediment. Frågeställningen är: finns det en koppling mellan kornstorleksvariationer i havsbottensedimenten och bottenströmmarnas intensitet? Undersökningarna utfördes på tre sedimentborrkärnor har tagits upp från Nordatlanten och Norska havet. Enligt resultaten i denna studie finns det en koppling mellan kornstorleksvariationer och yttemperaturen i havet, vilket i sin tur har tolkats som bottenströmsintensitet (Snowball and Moros 2003).

Det magnetiska uppförandet av magnetit med låg halt av titan (titanomagnetit) har studerats för bestämning av mineralens olika magnetiska domäner. Varje domän består av en magnetfältsriktning. Titanomagnetit kommer från basaltisk lava som svalnat hastigt, främst från mittoceaniska ryggen och Island. Små korn av titanomagnetit, mindre än 2 μm, har bara en riktning på sitt magnetfält (endast en domän eller singeldomän). Mineralkorn som är större än 30-40 μm har många domäner (multidomän). Titanomagnetitkorn mellan 2 till 30-40 μm utgör en mellangrupp med några få, svagare domäner (pseudosingeldomäner).

Bestämningen av de magnetiska mineralens olika domäner görs genom att placera en bit av sedimentet mellan två starka elektromagneter och mäta rörelsen på sedimentet mellan dessa. Genom att alternera strömstyrkan på elektromagneterna kommer sedimentprovet att bete sig olika. Det är också möjligt att mäta hur väl sedimentet behåller de magnetfält som det har blivit utsatt för. Mättekniken ger också möjligt att mäta den spänning som krävs för att ändra riktning på sedimentets magnetfält. Dessa mätningar producerar en hysteresisgraf och ur vilken det kan utläsas hur många domäner som de magnetiska kornen i sedimentet i medeltal besitter. Hysteresisgrafen påvisar också ungefärlig magnetisk kornstorlek.

Den magnetiska kornstorleken har i denna studie överförts till fysisk kornstorlek med hjälp av data producerad av Day et al. (1977). Kopplingen mellan magnetiska kornstorlekar och fysiska kornstorlekar är emellertid inte exakt utan ger endast en uppskattning vilken storlek partiklarna i sedimentet har. Uppskattningen är emellertid tillräckligt noggrann för att avgöra om sedimentet hamnar i fönstret för hydrologiskt sorterbara partiklar, vilket ligger mellan 10 till 63 μm (McCave et al. 1995).

De magnetiska kornstorlekskurvorna har blivit jämförda med rekonstruktioner av havsytetemperaturdata för Holocen. Denna jämförelse visar att perioder med högre temperaturen vid ytan sammanfaller med grövre magnetisk kornstorlek i bottensedimentet medan perioder med låg temperatur sammanfaller med mindre kornstorleken i bottensedimenten.

För transport av grövre korn föreligger tre fysiskt möjliga sätt; (i) smältande isberg, (ii) hårda vindar och (iii) djuphavsströmmar. Under tidsperioden mellan 9,000 till 6,000 kalibrerade år före nutid (nutid = 1950 BP) i Holocen finns det inga indikationer av riklig förekomst av isberg eller att extrema vindar skulle ha existerat. Detta indikerar att den troligaste förklaring för differentieringen av kornstorleken i bottensedimenten är djuphavsströmmar.

Mellan 9000 och 6000 kalibrerade år före nutid var Nordatlanten mer influerat av ytvatten från Atlanten (Andersen et al. 2004). Djuphavsströmmar i området är beroende av mängden varmt vatten som strömmar mot norr från Mexikanska Golfen via den Nordatlantiska strömmen. I den Mexikanska Golfen avdunstar vatten, men vattnet som avdunstar regnar ner i Stilla havet. Detta medför att vattnet i den Mexikanska Golfen blir anrikat på salt. När den varma ytströmmen från den Mexikanska Golfen når kallare vatten i Nordatlanten och Norska havet avges värme till atmosfären över nordöstra Europa. När strömmen förlorar värme, kombinerat med den högre salthalten och därmed högre densiteten i förhållande till det omgivande vattnet, börjar vattnet sjunka. Detta fenomen går under beteckningen termohalina cirkulationen (THC) och är en del av den globala havscirkulationen. När den Nordatlantiska vattenströmmen sjunker i Nordatlanten och Norska havet böjar den åter att strömma söderut som bottenströmmar. Detta skulle kunna var förklaringen till den funna relationen mellan hög havsytetemperatur och grövre sedimentkorn i bottensedimenten. (Less)
Abstract (Swedish)
Mätningar av magnetisk hysteresis har genomförts på sedimentborrkärnor med hög tidsupplösning för att studera om sedimentkornstorleken kan relateras till relativ bottenströmshastighet. Mätningarna utfördes på tre borrkärnor, en från Nordatlanten och två från Norska havet. Hysteresismätningar är känsliga för
variationer i de magnetiska kornstorlekarna (Day et al. 1977) och anses vara representativa för medelkornstorleken i ett sediment (Snowball and Moros 2003). De magnetiska mineralen i bottensedimentet är lågthaltig titanmagnetit (titanomagnetite). Fysiska kornstorlekar har tidigare använts för rekonstruktion av bottenströmmar (McCave et al. 1995) och magnetiska kornstorleksvariationerna har tolkats som en indikation för... (More)
Mätningar av magnetisk hysteresis har genomförts på sedimentborrkärnor med hög tidsupplösning för att studera om sedimentkornstorleken kan relateras till relativ bottenströmshastighet. Mätningarna utfördes på tre borrkärnor, en från Nordatlanten och två från Norska havet. Hysteresismätningar är känsliga för
variationer i de magnetiska kornstorlekarna (Day et al. 1977) och anses vara representativa för medelkornstorleken i ett sediment (Snowball and Moros 2003). De magnetiska mineralen i bottensedimentet är lågthaltig titanmagnetit (titanomagnetite). Fysiska kornstorlekar har tidigare använts för rekonstruktion av bottenströmmar (McCave et al. 1995) och magnetiska kornstorleksvariationerna har tolkats som en indikation för bottenströmstyrka under Holocen. Kärnan från Vøringplatån (MD95-2011) i Norska havet visar att den magnetiska kornstorleksvariationen har en signifikant korrelation med ytvattentemperaturen i samma område under Holocen (Calvo et al. 2002). Mellan 9,000 till 6,000 kalibrerade år BP (innan 1950) når den magnetiska kornstorleken sitt maximum, vilket sker samtidigt som havsytetemperaturen når sitt maximum, troligtvis då den termahalina cirkulationen (THC) var som mest effektiv i Norska havet (Andersen et al. 2004). Borrkärnan från Reykjanesryggen (LO09-14) i Nordatlanten uppvisar liknande mönster under första delen av Holocen. Efter 7,500 kalibrerade år BP sker det en tydlig oceanografisk förändring. Borrkärnan (M23258-2) från havet söder om Svalbard uppvisar inte några av de mönster som de två mer sydligt belägna kärnorna gör. Detta kan bero på att sediment från kontinentalbranten har rörts upp under kraftiga vinterstormar och transporterats ner mot oceanbotten. Undersökningarna genomförda i denna studie visar att hysteresismätningar även ger en indikation av tidigare intensitet av bottenströmmar i Nordatlanten och Norska havet under Holocen. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Wall, Torbjörn
supervisor
organization
alternative title
Magnetisk kornstorleksanalys av holocena sediment från nordatlanten och norska havet : palaeoceanografisk tillämpning
year
type
H1 - Master's Degree (One Year)
subject
keywords
magnetic grain-size, magnetic hysteresis loops, Reykjanes Ridge, Vøring plateau, North Atlantic, Norwegian Sea, deep ocean currents, Holocene, magnetisk kornstorlek, magnetiska hysteresis-lopar, Reykjanesryggen, Vøringplatån, Nordatlanten, Norska havet, djuphavsströmmar, Holocen
publication/series
Dissertations in Geology at Lund University
report number
179
language
English
additional info
Anknytning saknas till Matthias Moros.
id
2340205
date added to LUP
2012-12-28 13:41:17
date last changed
2012-12-28 13:41:17
@misc{2340205,
  abstract     = {High-resolution magnetic hysteresis measurements were carried out on three sediment cores, one from the North Atlantic and two from the Norwegian Sea. These measurements can be used to reconstruct changes in magnetic grain-size. Physical grain-size has been interpreted as a proxy for bottom current intensity (McCave et al. 1995) and this study shows that the hysteresis measurements can contribute as a proxy for near bottom currents in this region during the Holocene, but only when the magnetic measurements are combined with other proxy records. The magnetic grain-size record of one core from the Norwegian Sea has been compared with sea surface temperature reconstructions produced by Calvo et al. (2002) and Birks & Koç (2002). The dominant magnetic mineral in the sediment is low titanium content magnetite (titanomagnetite) and the grain-size variation is discussed as a potential of near-bottom current flow intensity during the Holocene. A core from the Vøring plateau (MD95-2011) shows that the magnetic grain-size has a significant positive correlation to SST during the Holocene. Maximum sediment grain-size was reached between 9000 to 6000 cal BP, which would imply that the THC was most active in the Norwegian Sea during the Holocene thermal maximum, as registered by SST and terrestrial reconstructions. The core LO09-14 on the Reykjanes Ridge in the North Atlantic shows the same behaviour during the first part of the Holocene, but after 7500 cal BP there are indications of a shift in the oceanographic conditions and at 3700 cal BP the magnetic mineral sediment source changed and the magnetic properties cannot be used to reconstruct near-bottom current flow intensity. Core M23258-2 from south of Svalbard does not show the same behaviour at all and the variable magnetic properties of the core appear to be dominated by ice-rafted-debris.},
  author       = {Wall, Torbjörn},
  keyword      = {magnetic grain-size,magnetic hysteresis loops,Reykjanes Ridge,Vøring plateau,North Atlantic,Norwegian Sea,deep ocean currents,Holocene,magnetisk kornstorlek,magnetiska hysteresis-lopar,Reykjanesryggen,Vøringplatån,Nordatlanten,Norska havet,djuphavsströmmar,Holocen},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  series       = {Dissertations in Geology at Lund University},
  title        = {Magnetic grain-size analyses of Holocene sediments in the North Atlantic and Norwegian Sea : palaeoceanographic applications},
  year         = {2004},
}