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

Abstract

New results are presented from the investigation of relative sea-level changes in the Nanortalik and Qaqortoq-Narsarsuaq areas in SW Greenland from c. 11 000 cal. years BP to the present. Isolation and transgression sequences from seven lakes and seven tidal basins are identified using some of the traditional methods such as stratigraphic description, magnetic susceptibility, saturated induced remanent magnetisation (SIRM), loss on ignition, and macrofossil analyses. Macrofossils and bulk sediments have been dated by AMS radiocarbon dating.



We also demonstrate that the use of the new XRF-scanning technique, combined with lithological description, pinpointed macrofossil analyses and radiocarbon dating, provide a quick and effective way of investigating isolation contacts/transgression sequences for the reconstruction of sea-level changes.



In SW Greenland, the initial relative sea level fall was rapid and present-day level was reached at ~9000 cal. yr BP and continued falling until at least 8800 cal. yr BP. Between 8000 and 6000 cal. yr BP sea level reached its lowest level of around ~10 m below h.a.t. The late Holocene transgression was more gradual as it occurred over a longer time interval. Present sea-level was reached between ~2000-0 cal. yr BP.



We have used glacial-isostatic adjustment models to determine the ice sheet evolution in southern Greenland from the LGM until the present. The sea-level observations from the Nanortalik and Qaqortoq areas are used to constrain the different ice-model scenarios tested. In situ produced cosmogenic 10Be and 26Al in bedrock and erratics give inference concerning the basal regime in the two areas.



Our ice sheet history reconstruction shows an ice sheet extending to the shelf edge from 26,500 cal. yr BP until 22,000 cal. yr BP, followed by rapid retreat. By 12,000 cal. yr BP, the ice margin was inland of the present-day coast and by 10,500 it had reached the present margin. The ice sheet was smaller than at present from 10,500 cal. yr BP and reached a minimum of 30 km inland of the present-day margin at 9000 cal. yr BP. The neo-glacial re-advance started before 6500 cal. yr BP and the present-day margin was reached by 5500 cal. yr BP. The ice sheet was cold-based in the Nanortalik area, but warm-based and eroding in the Qaqortoq area during the Late-glacial.

Abstract (Swedish)

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.

• author: Sparrenbom, Charlotte
• supervisor: Svante Björck; Ole Bennike; Kurt Lambeck; Per Möller
• opponent: Professor Svendsen, John Inge, University of Bergen
• organization: Quaternary Sciences
• publishing date: 2006
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Geology
• keywords: physical oceanography, geokemi, Sedimentology, Sedimentologi, Geophysics, meteorology, mineralogi, geochemistry, mineralogy, Petrology, Geologi, fysisk geografi, physical geography, Geology, neo-glacial, in-situ cosmigenic nuclide, XRF-scanning, glacial-isostatic adjustment models, glacial history, sea-level changes, Greenland, isolation basins, fysisk oceanografi, Petrologi, meteorologi, Geofysik
• in: Lundqua thesis
• issue: 56
• pages: 125 pages
• defense location: Pangea, Geocentrum II, Sölvegatan 12, Lund
• defense date: 2006-03-17 14:15:00
• external identifiers: scopus:33947145176
• ISSN: 0281-3033
• ISSN: 0281-3033
• ISBN: 91-86746-72-3
• language: English
• LU publication?: yes
• id: fa6a6f7a-608d-45f5-929f-f10a5d377aff (old id 546331)
• date added to LUP: 2016-04-01 16:50:27
• date last changed: 2022-01-28 22:33:55