The Littorina transgression in southeastern Sweden and its relation to mid-Holocene climate variability

Abstract

Lateglacial and Holocene shoreline displacement along the Baltic coast resulted from both the isostatic land uplift and the ice-volume-equivalent sea-level rise. Relative changes of these two components led to alternating contact/isolation of the Baltic Basin with the North Sea during the Holocene. The Littorina transgression was a significant palaeoceanographic change that took place during the mid-Holocene in southern Sweden. However, the detailed pattern of the transgression has long been debated. As yet, the rate, magnitude and cause(s) of the transgression as well as the physical link with the North Atlantic climate are poorly known. In this study, shoreline displacement and coastal palaeoecology were reconstructed on the basis of multi-disciplinary studies of sediment sequences from four basins located at an elevation range between –1 and 8 m above present sea level in southeastern Sweden. Coastal basins with well defined thresholds may provide powerful constraints on relative sea-level changes. The timing of the Littorina transgression was determined by dating the lacustrine/brackish-marine transitions in sediment sequences recovered from these basins. Following a slight rise, the transgression culminated between 8000 and 7500 cal. BP, marked by a c. 8-m relative sea-level rise at an accelerated rate of ~15 mm yr-1. This relatively rapid rise can be ascribed to the partial collapse of the Antarctic Ice Sheet. From 6500 cal. BP, the relative level of the Baltic Sea fell as a result of the deceleration of global sea-level rise and continued isostatic rebound. Superimposed on this eustatic pattern are five minor transgressions identified during the middle Holocene: L1 8500–8200, L2 7800–6900, L3 6400–5600, L4 5300–4700, and L5 4500–4100 cal. BP. Evidence from the northwestern European coasts and Greenland ice cores suggests that these episodic sea-level rises may have been related to increased storminess in the North Atlantic realm, which overprinted global ice-volume changes at millennial time scales. Superimposed on a general highstand, the Baltic Sea level exhibited significant fluctuations at centennial time scales between 8500 and 3000 cal. BP. A close correlation between sea-level proxies and Greenland ice-core sea-salt ions implies that these cyclic fluctuations of Baltic Sea level might have been causally linked to periodical variations in regional wind pattern, probably operated by solar forcing in the Suess band through a thermodynamic mechanism. Other cycles may also be a signal of long-term changes in tidal intensity, when the connection of the Baltic basin with the North Sea was wider during the middle Holocene.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Den senglaciala och Holocena strandförskjutningen i Östersjön har sin grund i samspelet mellan den isostatiska landhöjningen och den eustatiska havsyteförändringen, vilka är orsakade av den senaste inlandsisens tillväxt och avsmältning. Detta samspel ledde till relativa förändringar av vattenytan i världshaven och har medfört att den nuvarande Östersjön tidvis varit isolerad från världshavet, nämligen under Baltiska Issjöns tid (från inlandsisens avsmältning fram till ca 11 500 år före nutid) och under Ancylussjöns tid (10 700–9800 år före nutid). Däremellan har det funnits en kontakt till världshavet, nämligen under Yoldiahavets tid (11500–10700 år före nutid) och under Littorinahavets tid (i vidsträckt bemärkelse 9800 år före nutid fram till idag; i strikt bemärkelse 8500 till 3000 år före nutid). Det nuvarande Östersjöstadiet från 3000 år före nutid fram till idag, ibland kallat Limnea havet eller Sen Littorina tid, under vilken det alltjämt finns en kontakt med världshavet, är således en direkt fortsättning av Littorinahavet. Littorinahavets historia inleddes således ca 9800 före nutid med ett brackvattenstadium benämnt det Tidiga Littorinahavet. Då var förbindelsen med Nordsjön koncentrerad till Stora Bält. Genom att den globala havsytestigningen var större än den isostatiska komponenten öppnades också kontakten till världshavet genom Öresund ca 8500 år före nutid och det Egentliga Littorinahavet uppstod, med större vattendjup och högre salinitet. Detta stadium som varade fram till ca 3000 år före nutid karakteriseras av en succesiv höjning av havsytan fram till ca 6000 år före nutid följt av en vattenståndssänkning. Denna s.k. Littorinatransgression omfattar således tiden 8500–3000 år före nutid. Dess förlopp och orsaker har varit mycket omdiskuterade av forskare i Danmark, Sverige och Finland. Den förhärskande finska uppfattningen har varit, att transgressionen är en långvarig havsytestigning, medan danska och svenska geologer hävdat, att flera mindre transgressioner förekommit under tiden 8500–4000 år före nutid. De senare har oftast sett orsaken till dessa i globala, eustatiska transgressioner. Min avhandling syftar till att klarlägga denna problemställning genom att dokumentera havsyteförändringar i kustnära bassänger med stor kronologisk och stratigrafisk precision, och att analysera orsakerna till desamma, särskilt relationerna till klimat och oceanografi inom det nordatlantiska området. Som undersökningsområde har jag valt Blekinges kust, eftersom de geologiska förutsättningarna utefter hela kusten är likformiga samtidigt som hela området ligger på samma isobas och är obetydligt påverkat av isostasi sedan mellersta Holocen. Landskapets relief har gett goda förutsättningar för en kontinuerlig sedimentation i många bassänger (under 10 m ö.h.) längs kusten i vilka dessa vattenståndsförändringar registrerats och som indirekt kan återspeglas i olika geofysiska, fysikaliska och biologiska parametrar (s.k. "proxy records"). Jag har provtagit och analyserat fyra lagerföljder (sjöar, havsvikar) och kombinerat olika stratigrafiska metoder: transektborrningar, mineralmagnetisk analys, pollen- och dinoflagellatanalys, diatoméanalys, makrofossilanalys för att i detalj studera havsyteförändringarna under Littorinaskedet baserat på dessa "proxy records". Kronologin har fastlagts genom ett stort antal kol-14 dateringar. Resultaten från dessa fyra lokaler har jämförts med varandra och kompletterats med tidigare publicerade undersökningar från ytterligare nio lokaler utefter Blekingekusten. En detaljerad strandförskjutningskurva presenteras för perioden 8500–3000 år före nutid. Den komplexa Littorinatransgressionen omfattar fem mindre transgressionsvågor benämnda L1–5, med den maximala nivån på 8.0 m ö.h. som inträffande ca 6000 år före nutid. Transgressionerna L2 och L3 är synkrona vid jämförelse med motsvarande i Öresundsområdet och vid Finska vikens södra kust, dvs utefter en väst–ostlig transekt med en Littorinanivå på 5–9 m ö.h. Mineralmagnetisk stratigrafi och fluktuationer av vissa brackvattenväxters (Ruppia, Zannichellia, Chara) förekomst korreleras med iskärnor från Grönland avseende havssaltjoner och kosmogena isotoper. Ett samband kan också påvisas med förekomsten av eoliska dyner i Nordvästeuropa. Detta tolkas så att det finns ett samband mellan solinstrålning, lufttrycksförhållande och stormfrekvens kring Nordatlanten, vilket påverkar klimat och havsyteförändringar i Östersjön. Informationen om strandförskjutningen under sen Holocen är bristfällig i detta område men en långsam och regelbunden regression antas för tiden efter 3000 år före nutid, dvs under Sen Littorinatid.

• author: Yu, Shiyong
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof Tooley, Michael
• organization: Quaternary Sciences
• publishing date: 2003
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Geology
• keywords: marklära, kartografi, Fysisk geografi, geomorfologi, climatology, cartography, pedology, geomorphology, Physical geography, tidal action, solar forcing, global meltwater pulse, North Atlantic storminess, climate changes, shoreline displacements, sea-level fluctuations, Littorina transgression, Baltic Sea, klimatologi
• in: Lundqua thesis
• issue: 51
• pages: 82 pages
• defense location: Sal Pangea, Geocentrum II
• defense date: 2003-11-14 13:15:00
• external identifiers: scopus:1642422918
• ISSN: 0281-3033
• ISSN: 0281-3033
• ISBN: 91-86746-54-5
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: I: Yu, S.-Y., Andrén, E., Barnekow, L., Berglund, B.E., and Sandgren, P. 2003: Holocene palaeoecology and shoreline displacement on the Biskopsmåla Peninsula, southeastern Sweden. Boreas 32: 578-589. Article: II: Yu, S.-Y., Berglund, B.E., Sandgren, P., and Fritz, S.C. 2004: Holocene palaeoecology and shoreline displacement along the Blekinge coast, SE Sweden and implications for climate and sea-level changes. The Holocene 14 (in press). Article: III: Yu, S.-Y., Berglund, B.E., Andrén, E., and Sandgren, P.: Mid-Holocene Baltic Sea transgression along the coast of Blekinge, SE Sweden — ancient lagoons correlated with beach ridges. Manuscript submitted to GFF. Article: IV: Yu, S.-Y. 2003: Centennial-scale cycles in middle Holocene sea level along the southeastern Swedish Baltic coast. Geological Society of America Bulletin 115: 1404-1409 . Article: V: Yu, S.-Y., and Sandgren, P.: Mid-Holocene changes in North Atlantic Oscillation patterns and Baltic nearshore hydrography at centennial time scales. Manuscript submitted to Journal of Quaternary Science. Article: VI: Yu, S.-Y, Berglund, B.E., and Sandgren, P.: Acceleration of Baltic sea-level rise suggests a global meltwater pulse 8000 years ago. Manuscript submitted to Science.
• id: 75d54b38-176a-4cff-be83-a14b39fe1426 (old id 466416)
• date added to LUP: 2016-04-01 17:03:49
• date last changed: 2022-01-29 00:06:28