Late Weichselian and early Holocene changes of vegetation, climate and sea level on the Skagi peninsula, northern Iceland

Abstract

Sediment sequences from five lakes on the Skagi peninsula, northern Iceland, were subjected to mineral magnetic analysis, carbon analysis, pollen analysis, plant macrofossil analysis, diatom analysis, radiocarbon dating and tephra analysis in order to make detailed reconstructions of vegetation, climate and sea level during the Late Weichselian and Early Holocene. The main purpose was to investigate if the dramatic deglacial climatic shifts recorded in proxy records from the North Atlantic region, such as ice cores, marine sediments and lake sediments, also are registered in Skagi lake sediments, which would be expected considering Iceland´s position in the middle of the North Atlantic Ocean, within the range of the Late Weichselian–Early Holocene migrations of the marine polar front. In addition, the project aimed at a better understanding of the environmental development on Iceland during the last deglaciation.



The period 11,300-10,900 BP was found to be characterized by grass-tundra vegetation and low lake productivity, indicating cold climatic conditions. In addition, there was an overall fall in relative sea level. Milder conditions after 10,900 BP are reflected by an expansion of dwarf shrubs and increased limnic productivity, indicating long seasons without sea ice. Relative sea level continued to fall in the period 10,900-10,600 BP. An abrupt cooling at 10,600 BP caused a return to grass-tundra vegetation and low limnic productivity, and sea-ice conditions were probably heavy up to 9900 BP. A minor transgression occurred in the later part of this cold period. Abrupt warming at 9900 BP resulted in a change to herb-tundra vegetation and high lake productivity, indicating long seasons without sea ice. Relative sea level fell rapidly after 9900 BP, but turned into a minor transgression in the period 9800-9700 BP coincident with a short-lived cooling event. A dwarf-shrub expansion and raised limnic productivity at 9600 BP suggest milder conditions and absence of sea ice. Relative sea level fell below present sea level at 9000 BP. A rapid vegetation change at 8800 BP suggests a temperature rise and a change to drier summer conditions, and the vegetation in the period 8800-8000 BP may be described as a dwarf-shrub and shrub tundra. Another abrupt vegetational succession at 8000 BP, possibly indicating increased winter precipitation, resulted in dominant shrub and dwarf-shrub tundra vegetation in the period 8000-7800 BP.



It was concluded that the Late Weichselian-Early Holocene development on Skagi fits well with palaeoclimatic data from other parts of the North Atlantic region, indicating a close connection between deglacial ocean circulation changes and climatic conditions on Iceland. The results further suggest that the polar front was located south of Iceland in the period 11,300-10,900 BP, that its position was north of Iceland in late Allerød (10,900-10,600 BP), and that the Preboreal oscillation (c. 9800-9700 BP) most likely was associated with a southward migration of the polar front. In addition, the recording of transgressions on Skagi during cold events (the Younger Dryas and the Preboreal oscillation) implies that the Icelandic lithosphere is extremely sensitive to changes in volume of glacial ice, which suggests low asthenosphere viscosities below Iceland.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Denna avhandling är resultatet av ett doktorandprojekt vid Kvartärgeologiska avdelningen, Lunds Universitet. Syftet med undersökningen var att rekonstruera vegetations-, klimat- och havsnivåförändringar på Skagi-halvön, norra Island, under sen-Weichsel och tidig-Holocen.



Nordatlantområdet genomgick en serie dramatiska klimatväxlingar i samband med övergången från den senaste istiden (Weichsel) till vår nuvarande mellanistid (Holocen). Dessa fluktuationer hängde samman med nord-sydliga förskjutningar av den s.k. marina polarfronten, d.v.s. den södra gränsen för det kalla polarvattnets utbredning. Denna front sammanfaller normalt med havsisens maxutbredning, och dess läge anses vara beroende av styrkan i den termohalina cirkulationen. Genom att studera marina borrkärnor har man kunnat kartlägga hur denna front rörde sig fram och åter över Nordatlanten under deglaciationen, och studier av iskärnor från Grönland visar att dessa oceanografiska förändringar åtföljdes av motsvarande atmosfäriska förändringar. Detta indikeras även av paleoklimatiska rekonstruktioner från landområden kring Nordatlanten, vilket innebär att ytvattentemperaturen i Nordatlanten var av avgörande betydelse för klimatet i angränsande landområden.



Eftersom polarfrontens rörelser medförde att Island omväxlande omgavs av kallt polarvatten och varmare vattenmassor, torde klimatet där ha växlat kraftigt under deglaciationen. Således bör omfattande klimatfluktuationer finnas registrerade i isländska klimatiska arkiv, t.ex. sjösediment, från denna period. Detta innebär att paleoklimatiska studier på Island kan ge värdefull information om klimatutvecklingen i Nordatlantområdet under deglaciationen. Sådana studier motiveras även av att miljöutvecklingen på Island under deglaciationen hittills har varit dåligt känd.



Fem sjöar på nordligaste Skagi-halvön provtogs, och sedimenten från dessa sjöar undersöktes med följande metoder: Mineralmagnetisk analys (för att erhålla ett grovt mått på sedimentens kornstorleksvariationer), kolanalys (för att erhålla ett mått på den limniska produktiviteten), pollenanalys inklusive Pediastrum-analys (för att rekonstruera terrestrisk och limnisk vegetation, för att korrelera sjölagerföljderna, samt för att erhålla ytterligare ett mått på den limniska produktiviteten), växtmakrofossilanalys (för att rekonstruera terrestrisk vegetation), diatoméanalys (för att identifiera marina, brackvattens- och sötvattensfaser i lagerföljderna), 14C-datering (för att åldersbestämma sedimenten) och tefra-analys (för att åldersbestämma sedimenten).



Perioden 11,300-10,900 BP var kall på nordligaste Skagi. Grästundra var den dominerande vegetationstypen, och den limniska produktiviteten var låg. Eventuellt motsvarar denna kallperiod på Skagi den s.k. Gerzensee/Killarney-oscillationen, en kortvarig kallperiod som finns registrerad i såväl nordöstra Nordamerika som i Europa. Havsisen låg troligen vid Skagis kuster större delen av året under denna period.



Klimatet var betydligt mildare på Skagi mellan 10,900 och 10,600 BP, troligen minst lika varmt som idag. Rishedar dominerade, och produktiviteten var hög i sjöarna. Havsisen låg kvar betydligt kortare tid under året jämfört med tiden före 10,900 BP, och den relativa havsnivån sjönk på Skagi under perioden 10,900-10,600 BP.



En långvarig kallperiod, Yngre Dryas, inleddes ca 10,600 BP, då den limniska produktiviteten sjönk snabbt och rishedarna ersattes av gräsdominerad vegetation. Det kalla klimatet höll i sig fram till ca 9900 BP, och mot slutet av denna period skedde en relativ havsnivåhöjning på Skagi, troligen till följd av att isländska glaciärer tillväxte, vilket ledde till ökad islast och nedpressning av jordskorpan. Havsisen låg troligen vid kusten större delen av året under perioden 10,600-9900 BP.



Den snabba temperaturhöjning som inträffade ca 9900 BP medförde att produktiviteten i sjöarna ökade. Samtidigt förändrades vegetationen på nordligaste Skagi från gräs- till örttundra. Havsisen låg troligen vid kusten bara under korta perioder vintertid. En tillfällig kallperiod, den preboreala oscillationen, inföll ca 9800-9700 BP och påverkade såväl den terrestriska som den limniska miljön. Samtidigt skedde en transgression av kusterna på Skagi, vilken troligen orsakades av förnyad glaciärtillväxt.



Omkring 9600 BP blev klimatet ännu något mildare, och rishedarna blev återigen dominerande på nordligaste Skagi. Den limniska produktiviteten var mycket hög 9600-8800 BP, och den relativa havsnivån sjönk under dagens nivå ca 9000 BP. Förmodligen var havsisen helt borta efter 9600 BP.



En förändring till ett varmare klimat med torrare somrar omkring 8800 BP medförde att ris- och busktundra, med en annan artsammansättning än tidigare, blev den dominerande vegetationstypen på nordligaste Skagi mellan 8800 och 8000 BP. Produktiviteten fortsatte att vara mycket hög i sjöarna.



Ännu en förändring av vegetationssammansättningen på norra Skagi inträffade 8000 BP, troligen till följd av ökad vinternederbörd, och busk- och ristundra blev den dominerande vegetationstypen under perioden 8000-7800 BP. Den limniska produktiviteten var fortsatt mycket hög.



Resultaten från denna studie visar att vegetationen, klimatet och den relativa havsnivån på nordligaste Skagi genomgick omfattande förändringar under sen-Weichsel och tidig-Holocen. Den allmänna uppvärmningen under deglaciationen avbröts av två kallperioder, Yngre Dryas och den preboreala oscillationen, som påverkade såväl den terrestriska som limniska miljön. Dessutom medförde det kallare klimatet under dessa båda perioder att isländska glaciärer tillväxte, vilket ledde till isostatisk nedpressning och transgressioner på Skagi.



Denna miljörekonstruktion visar att Skagis klimatutveckling under deglaciationen var mycket lik den i resten av Nordatlantområdet, vilket indikerar att de tidigare nämnda oceanografiska förändringarna (polarfrontsrörelserna) var styrande för klimatet på Island under denna period. Därutöver visar resultaten från Skagi att polarfronten troligen låg söder om Island 11,300-10,900 BP (Gerzensee/Killarney-oscillationen), att denna front låg norr om Island 10,900-10,600 BP, samt att förhållandena på Skagi under den preboreala oscillationen (ca 9800-9700 BP) inte var lika kalla som under Yngre Dryas, vilket tyder på att polarfronten låg norr om, men nära, Island under denna kortvariga kallperiod.



Det faktum att kortvariga transgressioner är registrerade på nordligaste Skagi i slutet av Yngre Dryas och i samband med den preboreala oscillationen visar att den isländska jordskorpan är ytterst känslig för förändringar i isvolym, vilket tyder på att astenosfärens viskositet är låg under Island.

• author: Rundgren, Mats
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof Lowe, John, London, England
• organization: Quaternary Sciences
• publishing date: 1997
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Geology
• keywords: asthenosphere viscosity, glacial loading/unloading, marine polar front migrations, sea-level change, climate change, vegetation change, Early Holocene, Late Weichselian, Iceland, Lake sediments, Skagi peninsula, Geology, physical geography, Geologi, fysisk geografi
• in: Lundqua thesis
• issue: 40
• pages: 27 pages
• defense location: Naturgeografiska institutionens föreläsningssal, Sölvegatan 13
• defense date: 1997-05-31 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: SE-LUNBDS/NBGK-97/40+27p; scopus:0031405079
• ISSN: 0281-3033
• ISSN: 0281-3033
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 544b49aa-e4cd-45ca-97f0-835b158d53eb (old id 29383)
• date added to LUP: 2016-04-01 17:03:39
• date last changed: 2022-01-29 00:06:24