Resumo: O campo magnético da Terra (CMT) de origem interna exibe variações espaciais em diferentes escalas de tempo, desde anos até bilhões de anos. Estas variações são importantes para a compreensão de fenômenos internos do geodínamo, como reversões, excursões e variações do campo não-dipolar que parecem ser persistentes desde escalas de tempo histórico. Para os últimos milhões de anos, a estrutura do campo é limitada pela qualidade e pela distribuição espacial e temporal de dados paleomagnéticos. Em particular, a América do Sul contribui com apenas 10% do banco de dados global para o período de 0-10 Ma. Uma melhor distribuição inter-hemisférica de dados é crucial para reconstrução do campo e a compreensão de fenômenos em escalas de tempo de milhões de anos. Os objetivos desta tese são: (1) avaliar o comportamento da variação paleosecular (VPS) e a estrutura do campo médio (CM) para o intervalo de 0-10 Ma e os chrons Matuyama e Brunhes, com base em uma revisão e atualização do banco de dados para os últimos 10 Ma; (2) investigar a assimetria equatorial da VPS para estes três períodos, e (3) expandir o banco de dados da América do Sul com novos dados paleodirecionais de fluxos de lava do Pleistoceno-Holoceno (com idades inferiores a 2 Ma) no sul da Colômbia. A nova base de dados foi obtida a partir de uma coleção de estudos paleomagnéticos utilizando rigorosos critérios de seleção, com melhorias na cobertura espacial e temporal de dados paleodirecionais em comparação com compilações anteriores. O banco de dados atualizado foi usado para construir novos modelos de VPS com base na curva de ajuste de dispersão de polos geomagnéticos virtuais (PGVs) adaptado ao Modelo G. Além disso, novos modelos de CM foram desenvolvidos a partir de dados de anomalia de inclinação usando uma descrição dos harmônicos esféricos. Os resultados indicam uma baixa dependência latitudinal da curva de dispersão de PGVs para os últimos 10 Ma. Neste período, os modelos CM mostram a presença de baixas contribuições não-dipolares, com termos zonais de quadrupolo e octupolo de cerca de 3,2% e 1,2% do termo de dipolo axial, respectivamente. As avaliações do comportamento latitudinal das estimativas de VPS e CM revelam diferenças entre os chrons Brunhes (de polaridade normal) e Matuyama (de polaridade reversa). Os dados do chron Matuyama indicam um padrão elevado de dispersão de PGVs e altas contribuições dos termos de quadrupolo e octupolo axiais em comparação com o chron Brunhes. Um teste estatístico aplicado aos dados de dispersão de PGVs em uma representação inter-hemisférica sugere uma assimetria hemisférica da VPS para o intervalo de Brunhes, com uma forte variação latitudinal de dispersão de PGVs no hemisfério sul em relação ao hemisfério norte. Investigações adicionais para o campo histórico (1840-2015) apontam que a assimetria equatorial de dispersão de PGVs aumenta progressivamente com o tempo, associada com o decaimento do campo dipolar e o aumento das contribuições do campo não-dipolar. Esse aumento de contribuições não-dipolares para o campo histórico pode estar associado a presença da Anomalia do Atlântico do Sul (SAA) no hemisfério Sul. Um estudo paleomagnético foi realizado usando novos dados paleodirecionais obtidos a partir de amostras de rochas vulcânicas coletadas em três vulcões (vulcões Doña Juana, Galeras e Morasurco) localizados no sudoeste da Colômbia. As paleodireções foram determinadas usando técnicas de desmagnetização progressiva por campos alternados e térmica e aplicando critérios de seleção rigorosos. Um total de 30 dados paleodirecionais de alta qualidade foram usados para as análises estatísticas de VPS e CM. Os resultados revelam alta dispersão de PGVs para os intervalos de 0-2 Ma e Brunhes. Da mesma forma, as anomalias de inclinação sugerem grandes desvios em relação ao campo de dipolo geocêntrico axial, consistentes com os novos modelos CM. A alta dispersão de PGVs no Sul da Colômbia pode estar relacionada com a acentuada variabilidade longitudinal do equador magnético na região equatorial da América do Sul, e que tem sido observada em modelos de campo recentes para escalas de séculos e milênios. As investigações realizadas nesta tese forneceram informações importantes sobre as variações geomagnéticas de longo prazo e restrições em modelos numéricos de geodínamo Ver menos

Abstract: The Earth’s magnetic field (EMF) of internal origin exhibits spatial variations at different timescales, from years to billions of years. These variations are important for understanding geodynamo processes, such as reversals, excursions, and non-dipole field variations that appear to be persistent over historical times. For the past few million years, the paleomagnetic field structure is limited by the low quality and irregular spatial and temporal distributions of paleomagnetic data. In particular, South America contributes only 10% of the global database spanning the 0-10 Ma interval. A better inter-hemispheric distribution of paleomagnetic data is crucial for field reconstruction and understanding of phenomena over the past million years. The aims of this thesis are (1) to assess the paleosecular variation (PSV) behavior and the time-averaged field (TAF) structure for the 0-10 Ma interval and the Matuyama and Brunhes chrons, based on a revised and updated 0-10 Ma database; (2) to investigate the equatorial PSV asymmetry for these three periods, and (3) to expand the South American database with new directional data from Pleistocene-Holocene lava flows (0-2 Ma age interval) in southern Colombia. The new database was obtained from a collection of paleomagnetic studies using strict selection criteria. It provided improvements in the spatial and temporal coverage of paleodirectional data compared to previous compilations. The upgraded database was used to construct new PSV models based on the best-fit curve to the virtual geomagnetic pole (VGP) estimates adapted to Model G. Additionally, new zonal TAF models were designed from inclination anomaly data using a spherical harmonic description. Results indicate a low latitudinal dependence of VGP dispersion curve for the past 10 Myr. In this period, TAF models show the persistent presence of small non-dipole contributions, with zonal quadrupole and octupole terms of about 3.2% and 1.2% relative to axial dipole term, respectively. Evaluations of the latitudinal behavior of PSV and TAF estimates reveal differences between the Brunhes normal and Matuyama reverse polarity subsets. The Matuyama data indicates higher VGP dispersion patterns and higher axial quadrupole and octupole contributions compared to the Brunhes chron. A statistical test applied to the VGP dispersion data in an interhemispheric representation suggests a hemispheric PSV asymmetry for the Brunhes interval, with a stronger latitudinal variation of VGP dispersion in the southern hemisphere than in the north. Further investigations into the historical field (1840-2015) point out that equatorial asymmetry of VGP dispersions increases progressively with time, associated with the dipole field decay and increased non-dipole field components. This increased non-dipole contributions to the historical field may be associated with the presence of the South Atlantic Anomaly (SAA) in the southern hemisphere. Moreover, a paleomagnetic study was carried out using new paleodirectional data obtained through volcanic rock samples collected from three volcanoes (Doña Juana, Galeras, and Morasurco volcanoes) located in southwestern Colombia. Paleodirections were determined using stepwise alternating fields and thermal demagnetization methods with stringent selection criteria. A total of 30 high-quality paleodirectional data were used for statistical PSV and TAF analysis. The results reveal high VGP dispersion for the 0-2 Ma and Brunhes intervals. Likewise, the inclination anomalies suggest large deviations for a geocentric axial dipole field, consistent with the new TAF models. The high VGP scatter in southern Colombia may be linked to the enhanced longitudinal variability of the magnetic equator in the equatorial South America region, which has been observed in recent field models for the centuries and millennia timescales. The investigations carried out in this thesis provided important information about long-term geomagnetic variations and constraint numerical geodynamo models Ver menos