Influência de estruturas geológicas bidimensionais no campo geoeletromagnético na presença do eletrojato equatorial

A Terra atua como um grande magneto esférico, cujo campo assemelha-se àquele gerado por um dipolo magnético. Este campo apresenta mudanças de intensidade que variam com a localização e a hora local. A parte principal do campo geomagnético se origina no interior da Terra através de processos eletromagnéticos. Extensivos estudos mostraram ainda que existem contribuições de origem externa ao planeta, principalmente de origem solar. Dentre estas fontes há anomalias do campo magnético que surgem a partir de um aumento diurno da corrente elétrica em uma estreita faixa da ionosfera, de direção leste-oeste, centrada no equador magnético e denominada Eletrojato Equatorial (EEJ). Ocasionalmente estas correntes podem apresentar reversões de fluxo, sendo denominadas Contra-Eletrojato (CEJ). Vários autores têm estudado os efeitos do EEJ e CEJ sobre as observações geoeletromagnéticas. Eles estão interessados no efeito combinado do EEJ e estruturas geológicas condutivas 1-D e 2-D. Nestes trabalhos a estrutura 2-D sempre se apresentava paralela ao eletrojato, o que é uma hipótese bastante restritiva ao se modelar ambientes geológicos mais realistas, em que corpos bidimensionais podem ter qualquer strike em relação ao EEJ. Neste trabalho apresentamos a solução deste problema sem esta restrição. Assim, mostramos os campos geoeletromagnéticos devidos a estruturas bidimensionais que possuam strike oblíquo em relação ao EEJ, através de perfis dos campos elétrico e magnéticos calculados na superfície e formando direção arbitrária à heterogeneidade condutiva 2-D. Com esta resposta avaliamos ainda qual a influência que estruturas bidimensionais exercem sobre a resposta magnetotelúrica, sob influência do Eletrojato Equatorial. Durante o desenvolvimento deste trabalho, utilizamos o método de elementos finitos, tendo por fonte eletromagnética o EEJ e o CEJ, que por sua vez foram representados por uma combinação de distribuições gaussianas de densidade de corrente. Estas fontes foram decompostas nas direções paralela e perpendicular à estrutura 2-D, resultando nos modos de propagação TE₁ e TE₂ e TM acoplados, respectivamente. Resolvemos o modo acoplado aplicando uma Transformada de Fourier nas equações de Maxwell e uma Transformada Inversa de Fourier na solução encontrada. De acordo com os experimentos numéricos realizados em um modelo interpretativo da Anomalia Condutiva da Bacia do Parnaíba, formado por uma enorme estrutura de 3000 ohm-m dentro de um corpo externo condutivo (1 ohm-m), concluímos que a presença do CEJ causa uma inversão na anomalia, se compararmos com o resultado do EEJ. Concluímos também que para as frequências mais altas as componentes do campo elétrico apresentam menor influência da parte interna do corpo 2-D do que da parte externa. Já para frequências mais baixas este comportamento se observa com as componentes do campo magnético. Com relação à frequência, vimos os efeitos do “skin-depth”, principalmente nas respostas magnéticas. Além disso, quando a estrutura 2-D está paralela ao eletrojato, o campo elétrico é insensível à estrutura interna do modelo para todos os valores de frequência utilizados. Com respeito ao ângulo θ_h entre a heterogeneidade e a fonte, vimos que o modo TM se manifesta naturalmente quando θ_h é diferente de 0°. Neste caso, o modo TE é composto por uma parte devido à componente da fonte paralela à heterogeneidade e a outra devido à componente da fonte perpendicular, que é acoplada ao modo TM. Assim, os campos calculados têm relação direta com o valor de θ_h. Analisando a influência do ângulo entre a direção do perfil dos campos e o strike da heterogeneidade verificamos que, à medida que θ_h se aproxima de 90°, os campos primários tornam-se variáveis para valores de θ_p diferentes de 90°. Estas variações causam uma assimetria na anomalia e dão uma idéia da inclinação da direção do perfil em relação aos corpos. Finalmente, concluímos que uma das influências que a distância entre o centro do EEJ e o centro da estrutura 2-D, causa sobre as componentes dos campos está relacionado às correntes reversas do EEJ e CEJ, pois a 500 km do centro da fonte estas correntes têm máxima intensidade. No entanto, com o aumento da distância, as anomalias diminuem de intensidade. Nas sondagens MT, nós também usamos o EEJ e o CEJ como fonte primária e comparamos nossos resultados com a resposta da onda plana. Deste modo observamos que as componentes do campo geoeletromagnético, usadas para calcular a impedância, têm influência do fator de acoplamento entre os modos TE₂ e TM. Além disso, esta influência se torna maior em meios resistivos e nas frequências mais baixas. No entanto, o fator de acoplamento não afeta os dados magnetotelúricos em frequências maiores de 10^-2 Hz. Para frequências da ordem de 10^-4 Hz os dados MT apresentam duas fontes de perturbação: a primeira e mais evidente é devido à presença fonte 2-D (EEJ e CEJ), que viola a hipótese da onda plana no método MT; e a segunda é causada pelo acoplamento entre os modos TE₂ e TM, pois quando a estrutura bidimensional está obliqua à fonte 2-D temos correntes elétricas adicionais ao longo da heterogeneidade. Concluimos assim, que o strike de uma grande estrutura condutiva bidimensional relativamente à direção do EEJ ou CEJ tem de fato influência sobre o campo geomagnético. Por outro lado, para estudos magnetotelúricos rasos (frequências maiores de 10^-3 Hz) o efeito do ângulo entre a estrutura geológica 2-D e a direção do EEJ não é tão importante. Contudo, em estudos de litosfera frequências menores de 10^-3 Hz) o acoplamento entre os modos TE₂ e TM não pode ser ignorado.

Modelagem numérica da influência do eletrojato equatorial em dados magnetotelúricos produzidos por estruturas tridimensionais

A América do Sul apresenta várias peculiaridades geomagnéticas, uma delas, é a presença do Eletrojato Equatorial, o qual se estende de leste para oeste no Brasil ao longo de aproximadamente 3500 km. Considerando-se o fato de que a influência do Eletrojato Equatorial pode ser detectada a grandes distâncias do seu centro, isto suscita o interesse em se estudar os seus efeitos na exploração magnetotelúrica no Brasil. A influência do eletrojato equatorial na prospecção magnetotelúrica tem sido modelada para meios geológicos uni e bidimensionais valendo-se para isto de soluções analíticas fechadas e de técnicas numéricas tais como elementos finitos e diferenças finitas. Em relação aos meios geológicos tridimensionais, eles tem sido modelados na forma de "camadas finas", usando o algoritmo "thin sheet". As fontes indutoras utilizadas para simular o eletrojato equatorial nestes trabalhos, tem sido linhas de corrente, eletrojatos gaussianos e eletrojatos ondulantes. Por outro lado, o objetivo principal da nossa tese foi o modelamento dos efeitos que o eletrojato equatorial provoca em estruturas tridimensionais próprias da geofísica da prospecção. Com tal finalidade, utilizamos o esquema numérico da equação integral, com as fontes indutoras antes mencionadas. De maneira similar aos trabalhos anteriores, os nossos resultados mostram que a influência do eletrojato equatorial somente acontece em frequências menores que 10^-1 Hz. Este efeito decresce com a distância, mantendo-se até uns 3000 km do centro do eletrojato. Assim sendo, a presença de grandes picos nos perfis da resistividade aparente de um semi-espaço homogêneo, indica que a influência do eletrojato é notável neste tipo de meio. Estes picos se mostram com diferente magnitude para cada eletrojato simulado, sendo que a sua localização também muda de um eletrojato para outro. Entretanto, quando se utilizam modelos geo-elétricos unidimensionais mais de acordo com a realidade, tais como os meios estratificados, percebe-se que a resposta dos eletrojatos se amortece significativamente e não mostra muitas diferenças entre os diferentes tipos de eletrojato. Isto acontece por causa da dissipação da energia eletromagnética devido à presença da estratificação e de camadas condutivas. Dentro do intervalo de 3000 km, a resposta eletromagnética tridimensional pode ser deslocada para cima ou para baixo da resposta da onda plana, dependendo da localização do corpo, da frequência, do tipo de eletrojato e do meio geológico. Quando a resposta aparece deslocada para cima, existe um afastamento entre as sondagens uni e tridimensionais devidas ao eletrojato, assim como um alargamento da anomalia dos perfis que registra a presença da heterogeneidade tridimensional. Quando a resposta aparece deslocada para baixo, no entanto, há uma aproximação entre estes dois tipos de sondagens e um estreitamento da anomalia dos perfis. Por outro lado, a fase se mostra geralmente, de uma forma invertida em relação à resistividade aparente. Isto significa que quando uma sobe a outra desce, e vice-versa. Da mesma forma, comumente nas altas frequências as respostas uni e tridimensionais aparecem deslocadas, enquanto que nas baixas frequências se mostram com os mesmos valores, com exceção dos eletrojatos ondulantes com parâmetros de ondulação α = —2 e —3. Nossos resultados também mostram que características geométricas próprias das estruturas tridimensionais, tais como sua orientação em relação à direção do eletrojato e a dimensão da sua direção principal, afetam a resposta devido ao eletrojato em comparação com os resultados da onda plana. Desta forma, quando a estrutura tridimensional é rotacionada de 90°, em relação à direção do eletrojato e em torno do eixo z, existe uma troca de polarizações nas resistividades dos resultados, mas não existem mudanças nos valores da resistividade aparente no centro da estrutura. Ao redor da mesma, porém, se percebe facilmente alterações nos contornos dos mapas de resistividade aparente, ao serem comparadas com os mapas da estrutura na sua posição original. Isto se deve à persistência dos efeitos galvânicos no centro da estrutura e à presença de efeitos indutivos ao redor do corpo tridimensional. Ao alongar a direção principal da estrutura tridimensional, as sondagens magnetotelúricas vão se aproximando das sondagens das estruturas bidimensionais, principalmente na polarização XY. Mesmo assim, as respostas dos modelos testados estão muito longe de se considerar próximas das respostas de estruturas quase-bidimensionais. Porém, os efeitos do eletrojato em estruturas com direção principal alongada, são muito parecidos com aqueles presentes nas estruturas menores, considerando-se as diferenças entre as sondagens de ambos tipos de estruturas. Por outro lado, os mapas de resistividade aparente deste tipo de estrutura alongada, revelam um grande aumento nos extremos da estrutura, tanto para a onda plana como para o eletrojato. Este efeito é causado pelo acanalamento das correntes ao longo da direção principal da estrutura. O modelamento de estruturas geológicas da Bacia de Marajó confirma que os efeitos do eletrojato podem ser detetados em estruturas pequenas do tipo "horst" ou "graben", a grandes distâncias do centro do mesmo. Assim, os efeitos do eletrojato podem ser percebidos tanto nos meios estratificados como tridimensionais, em duas faixas de freqüência (nas proximidades de 10^-1 Hz e para freqüências menores que 10^-3 Hz), possivelmente influenciados pela presença do embasamento cristalino e a crosta inferior, respectivamente. Desta maneira, os resultados utilizando o eletrojato como fonte indutora, mostram que nas baixas freqüências as sondagens magnetotelúricas podem ser fortemente distorcidas, tanto pelos efeitos galvânicos da estrutura tridimensional como pela presença da influência do eletrojato. Conseqüêntemente, interpretações errôneas dos dados de campo podem ser cometidas, se não se corrigirem os efeitos do eletrojato equatorial ou, da mesma forma, não se utilisarem algoritmos tridimensionais para interpretar os dados, no lugar do usual modelo unidimensional de Tikhonov - Cagniard.

Avaliação da influência do eletrojato equatorial na interpretação de dados magnetotelúrico bidimensionais

O campo magnetotelúrico em regiões equatoriais viola a condição de ondas planas por causa de uma fonte fortemente concentrada na direção E-W na ionosfera, denominada eletrojato equatorial. No presente trabalho, procurou-se analisar a resposta magnetotelúrica de fontes que simulam o efeito do eletrojato equatorial. Foram considerados dois tipos de fontes para simular o eletrojato: uma linha infinita de corrente e uma distribuição gaussiana de densidade de corrente em relação a uma das coordenadas horizontais. A resistividade aparente foi obtida através da relação de Cagniard e comparada com os resultados de ondas planas. É mostrada também a comparação entre a fase da impedância na superfície, para os três tipos de fontes (ondas planas, eletrojato gaussiano e linha de corrente). O problema de meios com heterogeneidades laterais foi resolvido em termos de campos secundários, sendo as equações diferenciais solucionadas através da técnica de elementos finitos bidimensionais. Os resultados mostram que o eletrojato tem pouca influência nas respostas (resistividade aparente e fase) de estruturas geológicas rasas. Entretanto, a influência pode ser considerável nas estruturas profundas (maior que 5000 m), principalmente se suas resistividades são altas (maior que 100 Ω.m). Portanto, a influência do eletrojato equatorial deve ser considerada na interpretação de dados magnetotelúricos de bacias sedimentares profundas ou no estudo da crosta terrestre.

Comparação dos efeitos do eletrojato equatorial nos dados magnetotelúricos bi e tridimensionais

Este trabalho trata da comparação dos efeitos do eletrojato equatorial nos dados magnetotelúricos bi e tridimensionais. Ele compõe-se fundamentalmente de duas partes: Na primeira, que consiste na comparação dos efeitos dos modelos bi e tridimensionais (linha de corrente e eletrojato gaussiano), determinamos as dimensões que deve apresentar uma estrutura tridimensional para que a resposta magnetotelúrica proveniente dessa estrutura, nas polarizações YX e XY, possa ser substituída pela resposta magnetotelúrica proveniente de uma estrutura bidimensional nos modos TE e TM respectivamente, para a resistividade aparente e fase. Os resultados mostram, para um embasamento condutivo ou resistivo, que é necessário aumentar a dimensão da estrutura tridimensional na direção principal acima de dezesseis vezes, em relação à dimensão inicial, para que a resposta magnetotelúrica proveniente dessa estrutura na polarização YX, possa ser substituída pela resposta magnetotelúrica proveniente de uma estrutura bidimensional no modo TE; no caso da polarização ser XY, essa substituição ocorrerá, no modo TM bidimensional, se aumentarmos a dimensão da estrutura tridimensional na direção principal acima de vinte e seis vezes em relação à dimensão inicial. Na segunda parte, que consiste na determinação dos efeitos do eletrojato equatorial Onwumechilliano, posicionamos a estrutura tridimensional a 10 km, 100 km, 300 km, 500 km, 1000 km e 1500 km, respectivamente, de distância do eletrojato. Dessa forma, determinamos a distância na qual os efeitos do eletrojato equatorial Onwumechilliano sobre as sondagens magnetotelúricas são praticamente desprezíveis. Verificamos que, posicionando a estrutura tridimensional a 1500 km de distância da fonte, para embasamento condutivo, o eletrojato não afeta as sondagens magnetotelúricas. Quando o embasamento é resistivo, o eletrojato afeta as sondagens magnetotelúricas, mesmo posicionando-se a estrutura tridimensional a 1500 km de distância da fonte. De um modo geral, constatamos que o eletrojato equatorial afeta as sondagens magnetotelúricas para freqüências inferiores a 10^-2 Hz, tanto na resistividade aparente quanto na fase e em ambas as polarizações, principalmente, quando o embasamento é resistivo. Observamos também que o efeito galvânico é mais pronunciado na polarização YX que na XY.

Equatorial modes observed in atmospheric variables

Wavenumber-frequency spectral analysis of different atmospheric variables has been carried Out using 25 years of data. The area considered is the tropical belt 25 degrees S-25 degrees N. A combined FFT wavelet analysis method has been used for this purpose. Variables considered are outgoing long wave radiation (OLR), 850 hPa divergence, zonal and meridional winds at 850, 500 and 200 hPa levels, sea level pressure and 850 hPa geopotential height. It is shown that the spectra of different variables have some common properties, but each variable also has few features diffe:rent from the rest. While Kelvin mode is prominent in OLR, and zonal winds, it is not clearly observed in pressure and geopotential height fields; the latter two have a dominant wavenumber zero mode not seen in other variables except in meridional wind at 200 hPa and 850 hPa divergences. Different dominant modes in the tropics show significant variations on sub-seasonal time scales.

The effect of solar activity on temperatures in the equatorial mesosphere

A study of the response of neutral temperatures in the equatorial mesosphere to variations in solar activity has been carried out by investigating the correlation between the 10.7 cm solar radio flux and temperatures obtained from a series of 51 rocket soundings conducted over Thumba, India (8°N, 77°E) during the period December 1970–December 1971. A strong positive correlation between these two parameters has been obtained, indicating mesospheric heating effects caused by day-to-day variations in solar EUV emission. The correlation analysis indicates that this response persists over several days and that the peak correlation between the temperatures and the F10.7 index occurs with a time lag of less than 24 hr.

Multistation study of nighttime scintillations in low latitudes: Evidence of control by equatorial F region irregularities

VHF nighttime scintillations, recorded during a high solar activity period at a meridian chain of stations covering a magnetic latitude belt of 3°–21°N (420 km subionospheric points) are analyzed to investigate the influence of equatorial spread F irregularities on the occurrence of scintillation at latitudes away from the equator. Observations show that saturated amplitude scintillations start abruptly about one and a half hours after ground sunset and their onset is almost simultaneous at stations whose subionospheric points are within 12°N latitude of the magnetic equator, but is delayed at a station whose subionospheric point is at 21°N magnetic latitude by 15 min to 4 hours. In addition, the occurrence of postsunset scintillations at all the stations is found to be conditional on their prior occurrence at the equatorial station. If no postsunset scintillation activity is seen at the equatorial station, no scintillations are seen at other stations also. The occurrence of scintillations is explained as caused by rising plasma bubbles and associated irregularities over the magnetic equator and the subsequent mapping of these irregularities down the magnetic field lines to the F region of higher latitudes through some instantaneous mechanism; and hence an equatorial control is established on the generation of postsunset scintillation-producing irregularities in the entire low-latitude belt.

A Vicarious One-Pot Transformation of a Fluorocyclitol to a Polycyclitol: Observation of a Formal 4-Fold Axial-Equatorial Epimerization on a Conformationally Locked Scaffold

A conformationally locked fluoropentol undergoes an interesting transformation to (trans,anti,trans,anti,trans)-perhydro-2,3,4a,6,7,8a-naphthalenehexol essentially under conditions of base-induced transesterification. The proposed rationale for the observed metamorphosis involves a nucleophilic displacement of fluoride, and subsequent stereo- and regioselective anti-Furst-Plattner-type ring-opening of the epoxide thus formed.

Incorporation of chelating 2,2′-bipyridine (bipy) ligands at the equatorial sites of Cu2(μ-O2CMe)4(H2O)2: an x-ray structure of [Cu2(μ-O2CMe)2(H2O)(bipy)2](PF6)2

The asymmetric dicopper(II) title complex with a [Cu2(μ-O2CMe)22+ core was isolated from the reaction between Cu2(μ-O2CMe)4(H2O)2 and bipy in EtOH in the presence of NH4PF6 and has been characterized by X-ray diffraction analysis.

Yanai waves in the western equatorial Indian Ocean

Observations and models have shown the presence of intraseasonal fluctuations in 20-30-day and 10-20-day bands in the equatorial Indian Ocean west of 60 degrees E (WEIO). Their spatial and temporal structures characterize them as Yanai waves, which we label low-frequency (LFYW) and high-frequency (HFYW) Yanai waves, respectively. We explore the dynamics of these intraseasonal signals, using an ocean general circulation model (Modular Ocean Model) and a linear, continuously stratified model. Yanai waves are forced by the meridional wind tau(y) everywhere in the WEIO most strongly during the monsoon seasons. They are forced both directly in the interior ocean and by reflection of the interior response from the western boundary; interference between the interior and boundary responses results in a complex surface pattern that propagates eastward and has nodes. Yanai waves are also forced by instabilities primarily during June/July in a region offshore from the western boundary (52-55 degrees E). At that time, eddies, generated by barotropic instability of the Southern Gyre, are advected southward to the equator. There, they generate a westward-propagating, cross-equatorial flow field, v(eq), with a wave number/frequency spectrum that fits the dispersion relation of a number of Yanai waves, and these waves are efficiently excited. Typically, Yanai waves associated with several baroclinic modes are excited by both wind and eddy forcing; and typically, they superpose to create beams that carry energy vertically and eastward along ray paths. The same processes generate LFYWs and HFYWs, and hence, their responses are similar; differences are traceable to the property that HFYWs have longer wavelengths than LFYWs for each baroclinic mode.

A note on new indices for the equatorial Indian Ocean oscillation

It is now well known that there is a strong association of the extremes of the Indian summer monsoon rainfall (ISMR) with the El Nio and southern oscillation (ENSO) and the Equatorial Indian Ocean Oscillation (EQUINOO), later being an east-west oscillation in convection anomaly over the equatorial Indian Ocean. So far, the index used for EQUINOO is EQWIN, which is based on the surface zonal wind over the central equatorial Indian Ocean. Since the most important attribute of EQUINOO is the oscillation in convection/precipitation, we believe that the indices based on convection or precipitation would be more appropriate. Continuous and reliable data on outgoing longwave radiation (OLR), and satellite derived precipitation are now available from 1979 onwards. Hence, in this paper, we introduce new indices for EQUINOO, based on the difference in the anomaly of OLR/precipitation between eastern and western parts of the equatorial Indian Ocean. We show that the strong association of extremes of the Indian summer monsoon with ENSO and EQUINOO is also seen when the new indices are used to represent EQUINOO.

Low-frequency modes in an equatorial shallow-water model with moisture gradients

Motivated by observations of the mean state of tropical precipitable water (PW), a moist, first baroclinic mode, shallow-water system on an equatorial beta-plane with a background saturation profile that depends on latitude and longitude is studied. In the presence of a latitudinal moisture gradient, linear analysis of the non-rotating problem reveals large-scale, symmetric, eastward and westward propagating unstable modes. The introduction of a zonal moisture gradient breaks the east-west symmetry of the unstable modes. The effects of rotation are then included by numerically solving the resulting eigenvalue problem on an equatorial beta-plane. With a purely meridional moisture gradient, the system supports large-scale, low-frequency, eastward and westward moving neutral modes. Some of the similarities, and some of the discrepancies of these modes with intraseasonal tropical waves are pointed out. Finally, a zonal moisture gradient in the presence of rotation renders some of the aforementioned neutral modes unstable. In particular, according to observations of large-scale, low-frequency tropical variability, it is seen that regions where the background saturation profile increases (decreases) to the east favour eastward (westward) moving moist modes.

Prediction of Indian rainfall during the summer monsoon season on the basis of links with equatorial Pacific and Indian Ocean climate indices

Interannual variation of Indian summer monsoon rainfall (ISMR) is linked to El Nino-Southern oscillation (ENSO) as well as the Equatorial Indian Ocean oscillation (EQUINOO) with the link with the seasonal value of the ENSO index being stronger than that with the EQUINOO index. We show that the variation of a composite index determined through bivariate analysis, explains 54% of ISMR variance, suggesting a strong dependence of the skill of monsoon prediction on the skill of prediction of ENSO and EQUINOO. We explored the possibility of prediction of the Indian rainfall during the summer monsoon season on the basis of prior values of the indices. We find that such predictions are possible for July-September rainfall on the basis of June indices and for August-September rainfall based on the July indices. This will be a useful input for second and later stage forecasts made after the commencement of the monsoon season.

Vertical movement patterns of skipjack tuna (Katsuwonus pelamis) in the eastern equatorial Pacific Ocean, as revealed with archival tags

Thirty-three skipjack tuna (Katsuwonus pelamis) (53−73 cm fork length) were caught and released with implanted archival tags in the eastern equatorial Pacific Ocean during April 2004. Six skipjack tuna were recap-tured, and 9.3 to 10.1 days of depth and temperature data were down-loaded from five recovered tags. The vertical habitat-use distributions indicated that skipjack tuna not associated with floating objects spent 98.6% of their time above the thermocline (depth=44 m) during the night, but spent 37.7% of their time below the thermocline during the day. When not associated with floating objects, skipjack tuna displayed repetitive bounce-diving behavior to depths between 50 and 300 m during the day. The deepest dive recorded was 596 m, where the ambient temperature was 7.7°C. One dive was particularly remarkable because the fish contin-uously swam for 2 hours below the thermocline to a maximum depth of 330 m. During that dive, the ambient temperature reached a low of 10.5°C, and the peritoneal cavity temperature reached a low of 15.9°C. The vertical movements and habitat use of skipjack tuna, revealed in this study, provide a much greater understanding of their ecological niche and catchability by purse-seine fisheries.