The time-dependence of reversed flux patches in archeomagnetic field models and numerical dynamo simulations : implication for the South Atlantic Anomaly evolution

par Filipe Terra Nova

Thèse de doctorat en Terre solide et couches profondes

Sous la direction de Hagay Amit.

Le président du jury était Yann Capdeville.

Le jury était composé de Annick Chauvin, Kathy Whaler.

Les rapporteurs étaient Philip Livermore, Nicolas Gillet.

  • Titre traduit

    Dépendance temporelle des patches de flux magnétique inverse dans les modèles archéomagnétiques et de dynamo numérique : implications pour l'anomalie de l'atlantique sud


  • Résumé

    Les modèles de champ archéomagnétique et les simulations numériques de dynamos fournissent des informations importantes sur la géodynamique. J'ai étudié l’existence et la mobilité des patches de flux inverse (PFI) dans les modèles de champ archéomagnétique. J'ai comparé le suivi des PFIs avec les anomalies sismologiques à la base du manteau pour explorer si les PFIs ont des emplacements privilégiés prescrits par l'hétérogénéité latérale à la base du manteau. Les PFI sont ainsi interprétés en termes de dynamique de noyau et d'interactions thermiques noyau-manteau. La corrélation en co-latitude et le décalage en longitude permettent d'inférer l'orientation azimutale du champ toroidal et la présence d'un large upwelling au sommet du noyau. L'Anomalie de l'Atlantique Sud (AAS) est une région de faible intensité géomagnétique à la surface de la Terre, qui est communément attribuée aux PFIs sur la frontière noyau manteau (FNM). Alors que l’AAS est clairement affecté par la région de flux inverse sous l'Atlantique Sud, je montre que la relation entre l’AAS et les PFIs n'est pas simple. L'anomalie est déterminée par l'interaction de plusieurs patches de flux (normal et inverse) à la FNM. Des scenarios simples de variation séculaire (VS) suggèrent que si le déplacement de l’AAS peut être expliqué par l'advection, sa chute d'intensité nécessite la diffusion magnétique. J'ai déterminé si l'hétérogénéité thermique du manteau inférieur pouvait expliquer l'emplacement de l’AAS avec des dynamos numériques dont le flux de chaleur à la FMN est hétérogène. Les histogrammes des coordonnées des minima d'intensité de surface montrent deux pics de position longitudinale préférée dont un est proche de la longitude actuelle de l’AAS. Les ingrédients pour reproduire les coordonnées de l'AAS sont liés à l'asymétrie nord-sud du flux normal et inverse.


  • Résumé

    Archeomagnetic field models and numerical dynamo simulations provide important insights to the geodynamo. I investigated the existence and mobility of reversed flux patches (RFPs) in archeomagnetic field models. I compared the tracking of RFPs with seismic anomalies of the lowermost mantle to explore if RFPs have preferred locations prescribed by lower mantle lateral heterogeneity and interpreted in terms of core dynamics and core-mantle thermal interactions. Correlation in co-latitude and a shift in longitude allowed inferring azimuthal orientation of toroidal field below the core-mantle boundary (CMB) and the presence of large fluid upwelling structures at the top of the core. The South Atlantic Anomaly (SAA) is a region of weak geomagnetic field intensity at the Earth's surface, which is commonly attributed to RFPs on the CMB. While the SAA is clearly affected by the reversed flux region below the South Atlantic, I showed that the relation between the SAA and RFPs is not straightforward. The SAA minimum is determined by the interplay among several robust flux patches at the CMB. Simple secular variation (SV) scenarios suggest that while the SAA path can be explained by advection, its intensity decrease requires magnetic diffusion. Investigating whether lower mantle thermal heterogeneity may explain the location of the SAA was tested with run numerical dynamos with heterogeneous CMB heat flux. Histograms of the coordinates of surface intensity minima show two peaks of preferred longitudinal position of weakest surface field intensity, one close to the present SAA minimum longitude. The ingredients to reproduce the SAA coordinates are related to north-south asymmetry of normal and reversed flux.


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