Glacial geology and palaeo-ice dynamics of two ice-sheet margins, Taymyr Peninsula, Siberia and Jameson Land, East Greenland

Abstract

The North Taymyr ice-marginal zone (NTZ) on the Taymyr Peninsula, Arctic Siberia and the Ugleelv Valley on Jameson Land, East Greenland, have been investigated with the aim of reconstructing the glacial history, including depositional processes and environments. Geomorphological, sedimentological, stratigraphical and remote sensing methods have been combined to give a comprehensive view of developments in the two areas. Optically stimulated luminescence (OSL) and radiocarbon (14C) dates provide the chronological control.



The Kara Sea shelf was glaciated three times during the Weichselian, each time with a smaller ice cover than before. The ice sheets caused a reversal of the fluvial drainage towards the south on the Taymyr Peninsula and, during the Early-Middle Weichselian, also the damming of proglacial lakes. The youngest ice-advance, but probably also the older ones, was warm-based and 'surge-like'. After it had reached its maximum position, the margin froze to its base and compressional flow took place there. The North Taymyr ice-marginal zone (NTZ) was initiated during an Early Weichselian retreat stage (c. 80 ka BP) and added to during the Middle (c. 65 ka BP) and Late Weichselian (<20 ka BP) ice advances, thus revealing a complex history. It comprises ice-marginal and supraglacial landsystems dominated by 2-3 km wide thrust-block moraines. Large areas are still underlain by remnant glacier ice and a supraglacial landscape with numerous ice-walled lakes and kames is forming even today. The proglacial landsystem is characterised by subaqueous or terrestrial environments, depending on altitude and time of formation.



The sedimentary succession in the Ugleelv area comprises three tills, glaciolacustrine, glaciofluvial and aeolian sediments. The depositional history started in the early Saalian with a prograding delta in a lake dammed by an outlet glacier in Scoresby Sund. Soon thereafter, and also once during the Weichselian, Jameson Land was inundated by glaciers emanating from Liverpool Land in the east. These glaciers were warm-based and deposited glaciofluvial sediments, local tills and small end moraines. Conditions were less dynamic later in the glacial cycles. During most of the Weichselian the Ugleelv area was ice free and aeolian activity took place, but in the late Saalian the Greenland ice sheet expanded eastwards over the area. This ice was mainly cold-based but in places temporarily warm-based, where a lodgement till was deposited. During deglaciation there was substantial glaciofluvial erosion.



The Kara Sea ice sheet and the Greenland ice sheet behave differently through a glacial cycle. The shelf-centred Kara Sea ice experiences large shifts in areal extent and disappears completely during interglacials. 'Individual' ice advances seem to be gover-ned by internal ice dynamics rather than by climatic changes. Contrary to this, the Greenland ice sheet is relatively stable and the climatically driven expansion or retreat of its outlet glaciers through the fjords represents the major changes.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Arktis utgör en viktig del i Jordens miljö och vad som händer där har stor påverkan på det globala klimatet, samtidigt som området är mycket känsligt för förändringar. Under kvartärtiden har stora isar flera gånger täckt Skandinavien, Ryssland, Sibirien och Nordamerika och täcker än idag stora delar av Grönland. Isarna har lämnat spår (landformer och sediment) efter sig och genom att undersöka dessa kan man ta reda på var och när istäckena fanns och dessutom hur de fungerade.



Den grundläggande orsaken till varför istäcken växer till och sedan försvinner är klimatet som förändras med hur Jordens bana förhåller sig till Solen, det vill säga hur solinstrålningen periodiskt varierar. En isframstöt har tidigare i allmänhet tolkats som att klimatet blivit överlag kallare, men andra faktorer, t.ex. närheten till öppet hav (som nederbördskälla), topografi och förhållandena vid isens botten, kan också påverka var isen finns och hur den rör sig. För att kunna tolka de geologiska arkiven rätt är det därför viktigt att man förstår samspelet mellan landskap, is och klimat.



Inom mitt avhandlingsarbete har jag undersökt den så kallade Norra Tajmyrisrandlinjen på Tajmyrhalvön i arktiska Sibirien och Ugleelvdalen på Jameson Land, Östgrönland, två geografiskt vitt skilda områden men som båda har varit nedisade och legat nära randen av stora istäcken. Syftet med mitt arbete har varit att rekonstruera nedisningshistorien i dessa områden, inklusive de miljöer som funnits och de processer som varit inblandade. Jag har undersökt landformer och sedimentlagerföljder, studerat flyg- och satellitbilder samt använt mig av så kallade geografiska informationssystem för att få en helhetsbild av glacialgeologin i de två områdena. Åldersbestämningar har gjorts med hjälp av två olika metoder: optiskt stimulerad luminescens (OSL) och kol-14 (14C).



Kontinentalsockeln i det grunda Karahavet, som torrläggs under istider då vatten binds i inlandsisarna, har varit nedisad tre gånger under den senaste istiden (Weichsel; 115 000 - 10 000 år före nutid). Varje is var mindre än den föregående. Istäckena ledde till att floderna på Tajmyrhalvön tvingades rinna söderut och, under de två äldre skedena, också till att sjöar dämdes upp söder om iskanten. Den yngsta isframstöten, men troligen också de äldre, skedde snabbt och var bottensmältande. När isen nått sitt yttersta läge fick den en bottenfrusen kant där is och sediment trycktes samman och deformerades. De äldsta delarna av Norra Tajmyrisrandlinjen bildades ursprungligen för ca 80 000 år sedan (Tidigweichsel), under isens reträtt från sin största utbredning. Senare isframstötar, för ca 65 000 år sedan (Mellanweichsel) och för mindre än 20 000 år sedan (Senweichsel), byggde på den ytterligare. Israndlinjen består av så kallade landformssystem bildade vid kanten av och ovanpå isen och den domineras av 50-80 m höga och 2-3 km breda moränryggar. Stora områden underlagras fortfarande av gammal glaciäris och ovanpå denna håller än idag ett landskap med otaliga sjöar och sandkullar (kames) på att bildas i samband med att isen sakta smälter. Landformsystemet framför israndlinjen karakteriseras av sediment och landformer avsatta antingen under vatten eller på torra land, beroende på höjdläget och tidpunkten då de bildades.



Sedimentlagerföljden i Ugleelvdalen på Grönland omfattar tre moräner, samt issjö- och isälvsavlagringar och vindavsatta sediment. De äldsta delarna utgörs av ett delta som byggdes ut i en sjö uppdämd av en fjordglaciär i Scoresby Sund i väster, tidigt under den föregående istiden (Saale; mer än 130 000 år före nutid). Något senare rörde sig en glaciär från Liverpool Land i öster in över Jameson Land. Glaciären var bottensmältande och avsatte isälvssand och morän, bestående av lokalt material, samt små moränryggar. Därefter, under den senare delen av Saale, följde "den stora nedisningen" då den grönländska inlandsisen överskred området från väster. Isen var bottenfrusen men blev tidvis och på vissa ställen bottensmältande. Dess största påverkan på landskapet var genom smältvattenserosion, bland annat nedskärning i Ugleelvdalen. Under större delen av Weichsel-istiden var Ugleelv-området isfritt, men vid ett tillfälle trängde en dalglaciär från Liverpool Land upp i dalgången. Förhållandena var mer föränderliga under de tidiga delarna av istidscyklerna än under de senare, då klimatet var extremt kallt och torrt.



Mina undersökningar tyder på att Karahavsisen och Grönlandsisen beter sig på olika sätt under en istidscykel. Karahavsisen, som är centrerad på kontinentalsockeln, förändras mycket i storlek och försvinner helt under värmeperioderna, då havet dessutom dränker sockeln. Enskilda isframstötar verkar styras av inre mekanismer snarare än av klimatförändringar. Den grönländska inlandsisen är däremot förhållandevis stabil, den finns av framför allt topografiska orsaker kvar under värmeperioderna (som idag) och reagerar främst på klimatförändringar genom utvidgning eller tillbakadragande av glaciärer i fjordarna.

• author: Alexanderson, Helena
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof. Landvik, Jon, Norges landbrukshøgskole, Norway
• organization: Quaternary Sciences
• alternative title: Glacialgeologi och isdynamik vid randen av två istäcken, på Tajmyrhalvön i Sibirien och på Jameson Land, Östgrönland
• publishing date: 2002
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Geology
• keywords: ice dynamics, Pleistocene, Arctic Siberia, East Greenland, Sedimentology, Physical geography, Sedimentologi, pedology, geomorphology, klimatologi, kartografi, marklära, geomorfologi, cartography, Fysisk geografi, ice-marginal processes, glacial history, climatology
• in: Lundqua thesis
• issue: 48
• pages: 17 pages
• defense location: room 308, Sölvegatan 13, Lund
• defense date: 2002-10-25 13:15:00
• ISSN: 0281-3033
• ISSN: 0281-3033
• ISBN: 91-86746-48-0
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: I: Alexanderson, J.H. 2000: Landsat mapping of ice-marginal features on the Taymyr Peninsula, Siberia – image interpretation versus geological reality. Geological Quarterly 44(1), 15-25. Article: II: Alexanderson, H., Hjort, C., Möller, P., Antonov, O. & Pavlov, M. 2001: The North Taymyr ice-marginal zone, Arctic Siberia – a preliminary overview and dating. Global and Planetary Change 31(1-4), 427-445. Article: III: Alexanderson, H., Adrielsson, L., Hjort, C., Möller, P., Antonov, O., Eriksson, S. & Pavlov, M. 2002: Depositional history of the North Taymyr ice-marginal zone, Siberia – a landsystem approach. Journal of Quaternary Science 17(4), 361-382. Article: IV: Adrielsson, L. & Alexanderson, H.: Two cycles of ice-sheet and coastal mountain glaciation in central East Greenland. Manuscript submitted to Boreas.
• id: 9b61f1b2-2bbe-4cef-8bf9-7ba8a076b7c4 (old id 464958)
• date added to LUP: 2016-04-01 16:45:08
• date last changed: 2019-05-22 07:08:43