Holocene development of Lake Lögurinn and Eyjabakkajökull : a multi-proxy approach

Abstract

The North Atlantic region has experienced significant climate fluctuations during the Holocene. It has been shown that these fluctuations affected the terrestrial environment in Iceland, including its glaciers and ice caps. However, the full Holocene development of Icelandic glaciers, including the large Vatnajökull ice cap and its outlet glaciers, is not fully known. In this thesis, a sediment sequence covering the past 10 500 years from Lake Lögurinn in eastern Iceland has been analysed. This glacier-fed lake currently receives meltwater and sediments from Eyjabakkajökull, which is a surging outlet glacier that drains the northeastern part of Vatnajökull. Using a multi-proxy approach, proxies for glacial meltwater variability and surge periodicities of Eyjabakkajökull have been examined to infer its Holocene development. In addition, changes in sediment transport from a non-glaciated catchment adjacent to Lake Lögurinn have been analysed to reconstruct winter precipitation in the Lake Lögurinn region during the past ca. 750 years. The sediments and proxy records show a dynamic development of Eyjabakkajökull during the current interglacial. After the final phase of the last deglaciation in eastern Iceland, glacially derived sediments more or less ceased to be deposit in Lake Lögurinn between ca. 9000 and 4400 years BP (BP = calendar years before 1950 AD), which suggests that Eyjabakkajökull was much reduced in size or possibly non-existing in early and mid-Holocene. During this time, the biologic productivity in Lake Lögurinn increased. This increase is inferred to reflect a switch from glacio-lacustrine to lacustrine conditions in the lake, which likely was caused by higher temperatures both in the lake and in the ambient atmosphere. The Holocene Thermal Maximum is inferred by a period of maximum Holocene aquatic productivity, and dated to ca. 7900-7000 years BP. By 4400 years BP, glacial meltwater and sediments were again transported to Lake Lögurinn, thus marking the return of the Eyjabakkajökull glacier and the onset of Neoglaciation in eastern Iceland. The Neoglacial expansion of Eyjabakkajökull caused the glacier to begin to surge ca. 2200 years BP. During the last 1700 years, the glacier has surged at a fairly constant periodicity except for the later part of the Little Ice Age (ca. 1600-1900 AD), when the surge periodicity almost halved. This increased surge activity was likely caused by increased mass accumulation of Eyjabakkajökull, which eventually caused the glacier to reach its maximum Holocene extent since the last deglaciation. This expansion and increased surge activity may to a large extent be related to increased winter precipitation, in combination with lower annual temperatures.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Under den nuvarande värmeperioden (holocen) som inleddes för ca 11 600 år sedan, har klimatet i den nordatlantiska regionen varierat på både korta och långa tidsskalor. Orsaken till dessa variationer är många och komplexa, men kan till viss del relateras till temporära förändringar i havsströmmar och den atmosfäriska cirkulationen. Den termohalina cirkulationen, som delvis driver de globala havsströmmarna, har en stor inverkan på klimatet i regionen, då den transporterar varmt, hög-salint ytvatten till Nordatlanten. Denna transport är bl.a. anledningen till att delar av Europa har ett förhållandevis milt klimat, trots dess nordliga läge. När det varma ytvattnet når Nordatlanten kyls det ner, och får en högre densitet än omgivande vattenmassor p.g.a. dess höga salthalt. Det leder i sin tur till att vattnet sjunker, för att bilda djupvatten som transporteras söderut. Denna process är därför delvis styrd av densitetsskillnader mellan olika vattenmassor i djupvattenbildande områden. En utjämning av detta förhållande, t.ex. genom ett ökat tillskott av glacialt smältvatten, skulle försvaga transporten av varmt ytvatten till Nordatlanten.

Island utgör den största landmassan i Nordatlanten. Den nordatlantiska polarfronten, som utgör gränsen där varmt vatten från sydliga breddgrader möter kallt vatten från Arktis, ligger för närvarande strax norr om Island. Studier av marina sediment från detta område har visat på komplexa temperaturförändringar under holocen, vilket troligtvis även påverkat den terrestra miljön på Island, och därmed även de isländska glaciärerna. Idag smälter dessa glaciärer snabbt, och för att förstå vilka följder detta kan komma att få är det viktigt att känna till hur glaciärer i regionen har reagerat på tidigare förändringar i klimatet under den nuvarande värmeperioden.

I denna studie har sjösediment från Lögurinn på östra Island undersökts för att kartlägga holocena förändringar av den svämmande utloppsglaciären Eyjabakkajökull, som dränerar den nordöstra delen av den stora (>8000 km2) Vatnajökull-glaciären. Lögurinn utgör en sedimentfälla för material som transporteras med smältvattnet från Eyjabakkajökull, och för sediment som transporteras från ett icke-nedisat avrinningsområde som dräneras av floden Grímsá, vars flöde huvudsakligen styrs av mängden nederbörd som faller i området.

Med hjälp av årligt avsatta sedimentlager, s.k. varv, har en kronologi för sediment som avsatts de senaste 2800 åren i Lögurinn kunnat konstrueras. Denna varvkronologi har gjort det möjligt att undersöka hur mycket sediment som årligen transporterats från Eyjabakkajökull och från floden Grímsás dräneringsområde till Lögurinn. Resultaten visar på ett positivt samband mellan sedimenttransport via Grímsá och mängden nederbörd som faller i dess upptagningsområde under hösten och framförallt under vintern. Med hjälp av detta samband har den årliga vinternederbörden sedan 1262 rekonstruerats. Rekonstruktionen visar att nederbörden ökade markant från 1600-talets början fram till 1800-talets slut. Denna period utgör den senare, och kallare delen av den lilla istiden, då isländska glaciärer, inklusive Eyjabakkajökull, expanderade. En av slutsatserna i denna studie är därför att expansionen av Eyjabakkajökull, och troligtvis även av andra isländska glaciärer under den här perioden, inte enbart var ett resultat av lägre temperaturer utan även av en ökad vinternederbörd.

Kortlivade svämningar av Eyjabakkajökull, då dess glaciärfront avancerar 2-4 km relativt snabbt för att sedan stagnera och smälta av, har dokumenterats sedan 1890 då den första kända svämningen skedde. Sedan dess har glaciären svämmat på 1930-talet och senast 1972. Vid dessa svämningar transporterades stora mängder finkornigt glacialt sediment till Lögurinn, vilket bildade sektioner med tjocka lager av glacialt material i sedimentsekvensen. Liknande sektioner återfinns i stora delar av varvkronologin, vilka tolkas ha avsatts vid tidigare svämningar. Dessa sektioner började deponeras i Lögurinn för ca 2200 år sedan, vilket tolkas utgöra tidpunkten då Eyjabakkajökull började svämma. 500 år senare började glaciären att svämma med en relativt konstant periodicitet fram till den kallare delen av den lilla istiden, då tiden mellan svämningar nästan halverades. Sedan denna köldperiod, då klimatet troligen var som kallast på Island under de senaste 8000 åren, har svämningar av Eyjabakkajökull skett ungefär varje 35-40:e år, vilket är i stort sett samma periodicitet som rådde före den lilla istiden. Dessa resultat visar därför att perioder då klimatet tillåter en snabbare expansion av Eyjabakkajökull, genom en ökad ackumulationshastighet, leder till mer frekventa svämningar. Därför bör den konstanta svämningsperiodiciteten som inleddes för ca 1700 år sedan och som avslutades i samband med den lilla istiden innebära att Eyjabakkajökull hade en relativt konstant ackumulationshastighet under den här tiden, och således var klimatet relativt stabilt.

Den del av sedimentsekvensen som är äldre än 2800 år har åldersbestämts med hjälp av 14C-datering av växtrester (makrofossil), och genom geokemisk identifikation av tidigare åldersbestämda asklager (tephror) som deponerats vid vulkanutbrott. Med dessa metoder har det kunnat fastställas att sedimentsekvensen täcker de senaste 10 500 åren, d v s nästan hela holocen. Under denna period har Eyjabakkajökull varierat kraftigt i sin utbredning. En tydlig indikation för att glaciären har försett Lögurinn med smältvatten och sediment är bildandet av laminerade sediment, medan homogena sediment indikerar att mängden glacialt smältvatten som dräneras till sjön varit låg, eller obefintlig.

Resultaten visar att den senaste deglaciationen av östra Island var snabb. Den forna utloppsglaciären som under sin maximala utbredning nådde kusten norr om Lögurinn smälte av tidigt i holocen, och för ca 10 500 år sedan hade åtminstone den norra delen av sjön frilagts. Ca 1500 år senare hade resterna av den forna utloppsglaciären, d.v.s. Eyjabakkajökull, minskat så pass att den inte längre bidrog med sediment till den norra delen av Lögurinn. Sedimentsekvensen visar därefter på en nästan 5000 år lång period då inget glacialt sediment avsattes i Lögurinn. Avsaknaden av glaciala sediment under denna period leder till slutsatsen att Eyjabakkajökull var betydligt mindre, eller möjligtvis helt bortsmält för 9000 år sedan fram till ca 4400 år sedan, då glaciala sediment återigen transporterades till sjön. Under denna period ökade den biologiska produktionen i Lögurinn. Detta berodde troligtvis på en kombination av förbättrade ljusförhållande i vattenkolumnen p.g.a. avsaknaden av suspenderat glacialt sediment i ytvattnet, och högre vattentemperaturer, både p.g.a. avsaknaden av kallt glacialt smältvatten, men troligtvis även p.g.a. högre lufttemperaturer. Denna period inkluderar det holocena värmeoptimat (The Holocene Thermal Maximum), då temperaturrekonstruktioner från Island indikerar på ett klimat ca 2-4°C varmare än idag. Baserat på ett intervall i sekvensen då den biologiska produktiviteten i Lögurinn nådde ett maximum under de senaste 10 500 åren dateras detta värmeoptimum till ca 7900-7000 år före nutid.

För ca 4400 år sedan började Eyjabakkajökull att expandera, vilket sammanfaller med den s.k. Neoglaciationen då flertalet glaciärer på Island växte till. Denna expansion pågick under drygt 2000 år, då dess konfiguration ledde till att glaciären började svämma. Under de senaste 1700 åren tolkas Eyjabakkajökulls utbredning ha varit relativt stabil, bortsett från den senare delen av den lilla istiden, då glaciären nådde sin maximala utbredning.

• author: Striberger, Johan
• supervisor: Svante Björck
• opponent: Professor Lowe, John, Department of Geography, Royal Holloway, University of London
• organization: Quaternary Sciences
• publishing date: 2011
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Geology
• keywords: Iceland, the Holocene, lake sediments, varves, glacial meltwater variability, surge periodicity, palaeoclimate
• in: Lundqua thesis
• issue: 65
• pages: 29 pages
• defense location: Department of Earth and Ecosystem Sciences, Division of Geology, Sölvegatan 12, Pangea lecture hall, Lund
• defense date: 2011-10-01 14:15:00
• ISSN: 0281-3033
• ISSN: 0281-3033
• ISBN: 978-91-86746-71-1
• language: English
• LU publication?: yes
• id: ae7d24aa-cb2f-4ac0-97b5-e6e736cb2f60 (old id 2154273)
• date added to LUP: 2016-04-01 14:13:53
• date last changed: 2019-05-22 07:14:52