This thesis provides a detailed study of environmental magnetism in a speleothem. It focuses on a stalagmite from Pau DAlho cave (15°1220S, 56°4841W) located in Rosário dOeste, Mato Grosso State, Brazil. This speleothem grew during the past 1355 years, with average growth rate of ~168 mm/ka and encompasses two key events in the South American Summer Monsoon (SASM), the Medieval Climate Anomaly (MCA) and the Little Ice Age (LIA), major dry and wet, respectively. The rock magnetic experiments conducted, include isothermal remanent magnetization (IRM) and anhysteretic remanent magnetization (ARM) acquisition curves, thermal demagnetization of three-axis IRM acquisition, hysteresis loops, first order reversal curves (FORC) and low-temperature SQUID magnetometry experiments. The main magnetic remanence carriers in the stalagmite are magnetite and goethite, with a nearly constant relative proportion. Magnetite has remanent coercivities between 14-17 mT, and its magnetic properties are similar to those produced by pedogenic processes. Magnetic remanence is broadly correlated with carbon and oxygen isotope data throughout most of the speleothem, suggesting that precipitation and soil dynamics above the cave exert a strong control on the input of magnetic minerals into the Pau dAlho cave system. Dry periods like the MCA are associated with less stable soils that result in higher mineral fluxes carried into karst systems via groundwater, while conversely, colder and wetter periods like the LIA are associated with soils topped by denser vegetation that are more capable of retaining micrometer-scale pedogenic minerals, and thus reduce mineral fluxes into karst environments. / Esta tese fornece um estudo detalhado do magnetismo ambiental de espeleotemas. Este estudo é feito em uma estalagmite da caverna Pau D\'Alho (15 ° 12\'20 \"S, 56 ° 48\'41\" W), localizado em Rosário d\'Oeste, Mato Grosso, Brasil. Este espeleotema cresceu durante os últimos 1355 anos, com taxa média de crescimento de ~ 168 mm/ka e engloba dois eventos climáticos do Sistema de Monção Sul-americano (SMSA), a Anomalia Climática do Medieval (ACM) e a Pequena Idade do Gelo (PIG), eventos secos e molhados, respectivamente. Os experimentos de magnetismo de rocha incluem: magnetização remanecte isotermal (MRI), ciclos de histerese, magnetização remanente anisterética (MRA), desmagnetização térmica em três eixos, first order reversal curves (FORC) e experimentos de baixa temperatura. Os principais portadore magnéticos na estalagmite são magnetita e goethita, com uma proporção relativa quase constante. A magnetita tem coercividades entre 14-17 mT, e as suas propriedades magnéticas são semelhantes às produzidas por processos pedogênicos. As remanências magnéticas são amplamente correlacionadas com dados de isótopos de carbono e oxigênio durante o registro, sugerindo que a precipitação e a dinâmica do solo acima da caverna exerce um forte controle na entrada de minerais magnéticos no sistema de cavernas Pau d\'Alho. Períodos secos como o ACM estão associados a solos menos estáveis, que resultam em maiores fluxos de minerais detríticos carreados para o sistema de cavernas, ao passo que, inversamente, os períodos frios e chuvosos como a LIA estão associados a solos cobertos pela vegetação mais densa que são mais capazes de reter minerais pedogênicos de escala micrométrica, e, assim, diminuir os fluxos de minerais detríticos para o sistema de cavernas.

This thesis provides a detailed study of environmental magnetism in a speleothem. It focuses on a stalagmite from Pau DAlho cave (15°1220S, 56°4841W) located in Rosário dOeste, Mato Grosso State, Brazil. This speleothem grew during the past 1355 years, with average growth rate of ~168 mm/ka and encompasses two key events in the South American Summer Monsoon (SASM), the Medieval Climate Anomaly (MCA) and the Little Ice Age (LIA), major dry and wet, respectively. The rock magnetic experiments conducted, include isothermal remanent magnetization (IRM) and anhysteretic remanent magnetization (ARM) acquisition curves, thermal demagnetization of three-axis IRM acquisition, hysteresis loops, first order reversal curves (FORC) and low-temperature SQUID magnetometry experiments. The main magnetic remanence carriers in the stalagmite are magnetite and goethite, with a nearly constant relative proportion. Magnetite has remanent coercivities between 14-17 mT, and its magnetic properties are similar to those produced by pedogenic processes. Magnetic remanence is broadly correlated with carbon and oxygen isotope data throughout most of the speleothem, suggesting that precipitation and soil dynamics above the cave exert a strong control on the input of magnetic minerals into the Pau dAlho cave system. Dry periods like the MCA are associated with less stable soils that result in higher mineral fluxes carried into karst systems via groundwater, while conversely, colder and wetter periods like the LIA are associated with soils topped by denser vegetation that are more capable of retaining micrometer-scale pedogenic minerals, and thus reduce mineral fluxes into karst environments. / Esta tese fornece um estudo detalhado do magnetismo ambiental de espeleotemas. Este estudo é feito em uma estalagmite da caverna Pau D\'Alho (15 ° 12\'20 \"S, 56 ° 48\'41\" W), localizado em Rosário d\'Oeste, Mato Grosso, Brasil. Este espeleotema cresceu durante os últimos 1355 anos, com taxa média de crescimento de ~ 168 mm/ka e engloba dois eventos climáticos do Sistema de Monção Sul-americano (SMSA), a Anomalia Climática do Medieval (ACM) e a Pequena Idade do Gelo (PIG), eventos secos e molhados, respectivamente. Os experimentos de magnetismo de rocha incluem: magnetização remanecte isotermal (MRI), ciclos de histerese, magnetização remanente anisterética (MRA), desmagnetização térmica em três eixos, first order reversal curves (FORC) e experimentos de baixa temperatura. Os principais portadore magnéticos na estalagmite são magnetita e goethita, com uma proporção relativa quase constante. A magnetita tem coercividades entre 14-17 mT, e as suas propriedades magnéticas são semelhantes às produzidas por processos pedogênicos. As remanências magnéticas são amplamente correlacionadas com dados de isótopos de carbono e oxigênio durante o registro, sugerindo que a precipitação e a dinâmica do solo acima da caverna exerce um forte controle na entrada de minerais magnéticos no sistema de cavernas Pau d\'Alho. Períodos secos como o ACM estão associados a solos menos estáveis, que resultam em maiores fluxos de minerais detríticos carreados para o sistema de cavernas, ao passo que, inversamente, os períodos frios e chuvosos como a LIA estão associados a solos cobertos pela vegetação mais densa que são mais capazes de reter minerais pedogênicos de escala micrométrica, e, assim, diminuir os fluxos de minerais detríticos para o sistema de cavernas.

Este trabalho teve por objetivo investigar a escala temporal envolvida na deposição de ritmitos permocarboníferos da Bacia do Paraná (Subgrupo Itararé), expostos no Parque do Varvito (Itu, SP) e pedreira Itaú (Trombudo Central, SC), através de dados paleomagnéticos e de anisotropia de suscetibilidade magnética. Os estudos paleomagnéticos revelaram componentes de magnetização estável para ambas as coleções, com indicações de que a magnetização remanente é devida a portadores magnéticos (principalmente magnetita e hematita) de origem detrítica. A componente de magnetização característica, em ambos os casos, é de polaridade reversa, e foi identificada nos dois portadores magnéticos principais. A investigação da mineralogia magnética foi feita através de várias técnicas, incluindo espectroscopia Mossbauer, curvas termomagnéticas, curvas de histerese e ZFC/FC, além de microscopia ótica e eletrônica. Os dados paleomagnéticos e de anisotropia de susceptibilidade magnética permitiram a composição de séries temporais, que foram submetidas a análise espectral por transformada de Fourier de Lomb-Scargle para séries desigualmente espaçadas. Os espectros de potência resultantes foram posteriormente comparados com os espectros de séries de espessura individual das unidades litológicas, o que possibilitou a investigação de sinais harmônicos, sobre a qual foram propostas inferências a respeito das escalas temporais de sedimentação. Esta etapa do trabalho revelou escalas milenares para o domínio do tempo nos espectros de potência, indicando o registro dos ciclos orbitais de Milankovitch, bem como quase-periodicidades associadas à variabilidade solar e feedback do sistema oceânico-atmosférico, para todas as análises. Este conjunto de dados sugere o caráter não-anual de deposição dos ritmitos, ao contrário do proposto por alguns autores. O pólo paleomagnético calculado para a seção de Rio do Sul é compatível com o pólo do Permocarbonífero para a Bacia Sanfranciscana (MG), indicando que o intervalo de tempo envolvido na deposição dos sedimentos é suficientemente longo para eliminar os efeitos da variação secular do campo geomagnético. Alguns resultados adicionais desta tese proveram informações especiais: (i) Foram observados ciclos de indução solar (ciclos de Hallstattzein e de Suess) e a sugestão de ciclo compatível com o ciclo glacial-interglacial de Bond, recentemente sugerido como de origem solar, o que apontaria para uma possível feição harmônica, dominante sobre o sistema oceânico-atmosférico, e que poderia operar sobre períodos geológicos mais antigos; (ii) registro da remanência magnética possivelmente controlado por fatores mecânicos na sucessão de Itu, provavelmente relacionados a correntes de turbidez; (iii) indícios da presença de magnetossomas possivelmente rompidas e/ou oxidadas, em especial para a sucessão de Itu. / This work aims to investigate the timescale of the sedimentation of Permocarboniferous rhythmites from Paraná Basin (Itararé Subgroup) cropping out at the Parque do Varvito, (Itu, SP), and at the Itaú quarry, (Trombudo Central, SC) by means of paleomagnetic and anisotropy of magnetic susceptibility (ASM). The paleomagnetic study revealed stable magnetization components for both sections, which are carried by magnetic carriers (mainly magnetite and hematite) of detritic origin. The characteristic magnetization direction for each section is of reverse polarity and is found in both magnetite and hematite. Several techniques were used in the investigation the magnetic mineralogy including Mossbauer spectrometry, thermomagnetic curves, hysteresis and ZFC/FC curves, optical and electronic microscopy. Although not confirmed, some data pointed to the possibility of magnetic biomineralization with disrupted or oxidized mineral chains. The paleomagnetic and ASM data allowed the construction of time series that were submitted to spectral analysis by the Lomb-Scargle Fourier transform for unevenly spaced series. The resulting power spectra were then compared with the thickness spectrum. Based on the harmonic signals identified in all time series it was possible to infer deposition rates for both Itú and Itaú rhythmites. This procedure pointed to millennial timescale, and periodical signal compatible to Milankovitch orbital forcing, as well quasi-periodicities related to solar variability and feedback of ocean-atmospheric system, were identified in both sections. Such evidences strongly point to the non-annual sedimentation character, in opposition to previous hypothesis. The paleomagnetic data from the Rio do Sul rocks allowed the calculation of a paleomagnetic pole which is in agreement to the one recently obtained for the Santa Fé Group, Sanfranciscana Basin (MG), indicating that the time interval comprised by the Rio do Sul rhythmites is long enough for eliminating the secular variation effects. Results from this work provide also indications for the record of (i) solar forcing cycles (Hallstattzein and Suess cycles); (ii) spectral peak values of 1,5-ky and 6,0 - 8,0 ky cycle, which is compatible to the glacial-interglacial Bond cycle observed in Quaternary geological records. Such result would extend to ancient times the atmosphere-ocean interaction pattern.

Este trabalho teve por objetivo investigar a escala temporal envolvida na deposição de ritmitos permocarboníferos da Bacia do Paraná (Subgrupo Itararé), expostos no Parque do Varvito (Itu, SP) e pedreira Itaú (Trombudo Central, SC), através de dados paleomagnéticos e de anisotropia de suscetibilidade magnética. Os estudos paleomagnéticos revelaram componentes de magnetização estável para ambas as coleções, com indicações de que a magnetização remanente é devida a portadores magnéticos (principalmente magnetita e hematita) de origem detrítica. A componente de magnetização característica, em ambos os casos, é de polaridade reversa, e foi identificada nos dois portadores magnéticos principais. A investigação da mineralogia magnética foi feita através de várias técnicas, incluindo espectroscopia Mossbauer, curvas termomagnéticas, curvas de histerese e ZFC/FC, além de microscopia ótica e eletrônica. Os dados paleomagnéticos e de anisotropia de susceptibilidade magnética permitiram a composição de séries temporais, que foram submetidas a análise espectral por transformada de Fourier de Lomb-Scargle para séries desigualmente espaçadas. Os espectros de potência resultantes foram posteriormente comparados com os espectros de séries de espessura individual das unidades litológicas, o que possibilitou a investigação de sinais harmônicos, sobre a qual foram propostas inferências a respeito das escalas temporais de sedimentação. Esta etapa do trabalho revelou escalas milenares para o domínio do tempo nos espectros de potência, indicando o registro dos ciclos orbitais de Milankovitch, bem como quase-periodicidades associadas à variabilidade solar e feedback do sistema oceânico-atmosférico, para todas as análises. Este conjunto de dados sugere o caráter não-anual de deposição dos ritmitos, ao contrário do proposto por alguns autores. O pólo paleomagnético calculado para a seção de Rio do Sul é compatível com o pólo do Permocarbonífero para a Bacia Sanfranciscana (MG), indicando que o intervalo de tempo envolvido na deposição dos sedimentos é suficientemente longo para eliminar os efeitos da variação secular do campo geomagnético. Alguns resultados adicionais desta tese proveram informações especiais: (i) Foram observados ciclos de indução solar (ciclos de Hallstattzein e de Suess) e a sugestão de ciclo compatível com o ciclo glacial-interglacial de Bond, recentemente sugerido como de origem solar, o que apontaria para uma possível feição harmônica, dominante sobre o sistema oceânico-atmosférico, e que poderia operar sobre períodos geológicos mais antigos; (ii) registro da remanência magnética possivelmente controlado por fatores mecânicos na sucessão de Itu, provavelmente relacionados a correntes de turbidez; (iii) indícios da presença de magnetossomas possivelmente rompidas e/ou oxidadas, em especial para a sucessão de Itu. / This work aims to investigate the timescale of the sedimentation of Permocarboniferous rhythmites from Paraná Basin (Itararé Subgroup) cropping out at the Parque do Varvito, (Itu, SP), and at the Itaú quarry, (Trombudo Central, SC) by means of paleomagnetic and anisotropy of magnetic susceptibility (ASM). The paleomagnetic study revealed stable magnetization components for both sections, which are carried by magnetic carriers (mainly magnetite and hematite) of detritic origin. The characteristic magnetization direction for each section is of reverse polarity and is found in both magnetite and hematite. Several techniques were used in the investigation the magnetic mineralogy including Mossbauer spectrometry, thermomagnetic curves, hysteresis and ZFC/FC curves, optical and electronic microscopy. Although not confirmed, some data pointed to the possibility of magnetic biomineralization with disrupted or oxidized mineral chains. The paleomagnetic and ASM data allowed the construction of time series that were submitted to spectral analysis by the Lomb-Scargle Fourier transform for unevenly spaced series. The resulting power spectra were then compared with the thickness spectrum. Based on the harmonic signals identified in all time series it was possible to infer deposition rates for both Itú and Itaú rhythmites. This procedure pointed to millennial timescale, and periodical signal compatible to Milankovitch orbital forcing, as well quasi-periodicities related to solar variability and feedback of ocean-atmospheric system, were identified in both sections. Such evidences strongly point to the non-annual sedimentation character, in opposition to previous hypothesis. The paleomagnetic data from the Rio do Sul rocks allowed the calculation of a paleomagnetic pole which is in agreement to the one recently obtained for the Santa Fé Group, Sanfranciscana Basin (MG), indicating that the time interval comprised by the Rio do Sul rhythmites is long enough for eliminating the secular variation effects. Results from this work provide also indications for the record of (i) solar forcing cycles (Hallstattzein and Suess cycles); (ii) spectral peak values of 1,5-ky and 6,0 - 8,0 ky cycle, which is compatible to the glacial-interglacial Bond cycle observed in Quaternary geological records. Such result would extend to ancient times the atmosphere-ocean interaction pattern.