Constraining the Southern Part of the Greenland Ice Sheet since the Last Glacial Maximum from Relative Sea-Level Changes, Cosmogenic Dates and Glacial-Isostatic Adjustment Models

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Jordens havsnivå förändras kontinuerligt. I ett längre geologiskt tidsperspektiv styrs förändringarna av processer i jordens inre, men i ett kortare tidsperspektiv spelar yttre processer, såsom tillväxt och avsmältning av inlandsisar, stor roll för havets nivåförändringar. Det grönländska istäcket är idag norra halvklotets enda inlandsis och dess tillväxt och avsmältningshistoria är relativt okänd. Genom rekonstruktion av relativa havsnivåförändringar kan vi analysera hur inlandsisens utbredning och tjocklek har varierat. För att analysera inlandsisens utbredning och tjocklek använder vi oss av numeriska glacial-isostatiska modeller och för rekonstruktion av relativa havsnivåförändringar använder vi oss av sedimentkärnor från kustnära sjöbassänger och havsvikar. Genom att undersöka sedimentlagerföljder från bassänger belägna på olika nivåer och mäta tröskelhöjd för varje bassäng erhålls de relativa havsnivåförändringarna. I sedimenten finns förändringar registrerade som visar hur miljön i dessa bassänger har skiftat från saltvatten till färskvatten och i vissa fall från färskvatten till brackvattensmiljöer för att sedan helt övergå till saltvattensmiljö igen. Dessa miljöförändringar kan ses som förändringar i sedimentsammansättning, i sammansättningen av den fossila floran och faunan, i sedimentens magnetiska egenskaper och dess kemiska sammansättning. Genom att undersöka fysiska sedimentförändringar i lagerföljden och analysera makrofossilinnehåll, mäta magnetisk susceptibilitet, remanent magnetism efter magnetisk mättnad (saturation isothermal remanent magnetism) och glödförlust, kombinerat med kol-14-analys av fossil och bulkprover, har vi kunnat bestämma när en bassäng isolerats från eller översvämmats av havet. Vi har även provat att använda en relativt ny teknik i form av automatiserad röntgenfluorescensspektrometri (X-ray fluorescence spectrometry scanning) för att mäta kemiska variationer igenom sedimentlagerföljden. Denna analysmetod har visat sig vara snabb och effektiv för identifikation av isoleringskontakter och transgressionssekvenser. Tillsammans med några få makrofossilanalyser kombinerat med kol-14-analys av dessa, kan framtida rekonstruktioner av relativa havsnivåförändringar med hjälp av isoleringsbassänger/transgressionssekvenser utföras snabbt och säkert. Mitt avhandlingsarbete är koncentrerat till skärgårds- och fjordlandskapet på sydvästra Grönland. Två fältsäsonger har utgjort en del av mitt avhandlingsarbete, en i Nanortalik-området (2001) och en i Qaqortoq-Narsarsuaq-området (2002), och har resulterat i datasamling från 18 bassänger. I fältarbetet, som mestadels har bedrivits från båt, har undersökningar av undervattenstopografi med ekolod ingått för lokalisering av lämpliga borrplatser. En Rysseborr har använts för att ta upp överlappande borrkärnor och borrplatsens position har bestämts med hjälp av GPS. Bassängtrösklarna har mätts i fält med clinometer, ekolod och borrstänger samt även kontrollerats med hjälp av fotogrammetriska mätningar i laboratoriet på GEUS. Från de undersökta bassängerna och dess sedimentlagerföljder har vi kunnat fastslå att den relativa havsnivån under senglacial och tidig-Holocen sjönk snabbt i sydvästra Grönland till för ungefär 9000 år sedan. Den relativa landhöjningen var under denna tid ungefär 12 mm/år i Nanortalik-området och ca 15 mm/år i Qaqortoq-området. Havsnivån låg under dagens från ungefär 10000 år före nutid fram till idag och nådde som lägst cirka 10 meter under dagens nivå under perioden 8000-6000 år före nutid. I Nanortalik-området var den relativa havsnivån något lägre än i Qaqortoq-området, vilket troligen reflekterar olika istjocklek i områdena och olika närhet till inlandsisen. Runt 5000 före nutid, i mitt-Holocen, började den relativa havsnivån långsamt att stiga med cirka 1,5-2 mm/år. Observationer från Qaqortoq-området tyder på en något snabbare havsnivåstigning runt 3750 år före nutid med ungefär 3 mm/år. Även stenprover har samlats in från både berggrund och flyttblock för att kunna bestämma deras respektive exponeringsåldrar genom undersökning av halten kosmogena isotoper, såsom 10Be och 26Al. Generellt sett är koncentrationen av kosmogena isotoper beroende av exponeringstid och erosionshastighet. Inom detta projekt har vi använt analyser av kosmogena isotoper för att få en indikation på om inlandsisen varit bottensmältande eller bottenfrusen. Isens bottenförhållanden påverkar istjockleken och denna information hjälper oss att tolka och begränsa ismodellerna i den glacial-isostatiska modelleringsprocessen. En glacial-isostatisk numerisk modell innefattar en matematisk beskrivning av jordens uppbyggnad och dess mekaniska respons på ytliga belastningsförändringar orsakade av t.ex. förändringar i inlandsisar och havsbassänger. Modellerna inkluderar även en beskrivning inlandsisar och glaciärer och deras förändringar i rum och tid. Genom att beräkna havsnivåerna för en känd tid och plats kan vi ?kalibrera? våra modeller och på så sätt testa hur realistiska olika isavsmältningsscenarier är. Vid en jämförelse med de relativa havsnivå-observationerna, har vi genom våra modelleringsexperiment kunnat dra slutsatsen att den sydvästra delen av den grönländska inlandsisen nådde ända ut till kanten av kontinentalsockeln från cirka 26500 år sedan till 22000 år sedan. Under denna tid var inlandsisen på sydvästra Grönland i storleksordningen ca 4000-4500 m tjock. Efter 22000 år för nutid började inlandsisen smälta av och iskanten retirerade snabbt och vid 12000 år för nutid stod iskanten precis innanför dagens kustlinje. För 10500 år sedan var inlandsisen ungefär lika stor som idag men smälte av ytterligare för att vid 9000 år före nutid nå en minimal utbredning, cirka 30 km innanför dagens iskant. Redan innan 6500 år före nutid började inlandsisen åter växa och vid ungefär 5500 år före nutid nådde den dagens utbredning igen. Både från modelleringsresultaten och från erhållna exponeringsåldrarna kan vi dra slutsatsen att inlandsisen var tjockare och troligen bottenfrusen i Nanortalikområdet, medan istäcket i Qaqortoqområdet var tunnare och bottensmältande.