En interhemisferisk transit

En interhemisferisk transit

Paleoklimatiska analyser av Latquaterna Lacustrin och Terraestriala Records of Atlantic Islands (Atlantis) (ATLANTIS)

Av Svante Bjorck

Vetenskapliga mål och åtgärder

Det övergripande målet med detta nordiska samarbetsprojekt är att hämta och analysera, granska unika och tidigare oexplicerade paleoklimatiska register i sjöar, torvmossor och glaciala deponier av den senaste glacialinterglacialcykeln längst interhemispheric transekt av öar i Atlanten.Vi kommer därmed att få markdata, registrera atmosfäriska förändringar, men i en komplett havsinställning. En nyckel till framgång kommer att vara upprättande av några, men extremt väl daterade och grundligt utredda, paleoklimatiska register i varje ögrupp. Genom paleoklimatiska analyser av korrelationer mellan dessa nya detaljerade register och genom korrelationer och jämförelser med omgivande kontinentala och marina register kunde man nå ett övergripande syfte:Ökad förståelse för atmosfäriska och marina kopplingar mellan halv klotens och för att upptäcka förändringar i det atmosfäriska och marina cirkulations mönster under faserna av klimatförändringarna. I slutändan kan denna typ av interhemispheric register vara ett annat steg mot en ökad förståelse för hur det globala klimatsystemet fungerar i klimatlägen.

Inledning och bakgrund

Värme adeverktionen från ekvatorial områdena till de högre breddgraderna är en nyckelprocess i den globala ”klimatmaskinen”. I detta avseende spelar Atlanten en av nyckelrollerna, som fördelar värmen och energi överskottet från södra och nedre breddgrader i effektiviteten hos dessa allmänna värme band kan lede till globala klimat förändringar. Därför har många marina geologiska studier publicerats under de senaste decennierna om Atlanten, särskilt Nordatlantens roll och dynamik, under klimatets ”flip-flop” – beteende under den senaste glacialinterglacialcykeln. Långt från höga vågor och vulkanöar ligger kalla Norden.

Temperaturen i tropikerna / subtroperna, inklusive havet, under istiden är en viktig och fortfarande oupplöslig avvikelse mellan olika typer av data:Marina register innebär en mycket måttlig kylning, men markdata visar en kylning jämförbara med vad som inträffade i mer nordliga regioner. Eftersom den högre mängden av inkommande solstrålning till de lägre breddgraderna är en viktig värmekälla för norra regionen och temperatur gradienten mellan låg och höga breddgrader är nyckel parametrarna för globalt klimat, måsten denna avvikelse mellan marina och terrestriska proxidata lösas för att kunna förstå och i slutändan modellerar den glacial interglaciala ”klimatmaskinen”.

Ett annat mycket debatterat, paleoklimatiskt ämne är det motstridiga beviset på existensen / icke existensen av ett antifas förhållande mellan de två hemisfärerna, och bly- och lagrelationen mellan hemisfärerna. Dessa diskussioner härrör huvudsakligen från korrelationer mellan olika djupa polära iskärnor, korrelerade med metansignaler, och tolkningarna av olika modellerings försök.Vostok inskärn data från Antarktis visar till exempel perioder med en tydlig antifas förhållande med iskärnor i Grönlands toppmöte – GRIP och GISP 2. Detta innebär att till exempel vissa uppvärmningar över Grönland motsvarar kylningar i Antarktis och vice versa. Denna typ av klimatsituation har också förutspåtts av en 2,5D havsmiljö klimatmodell för Younger Dryas kylning. Detta finns emellertid också iskärns register från Antarktisk, till exempel Tyler Dome, som tycks passa bra för GRIP och GISP 2 dokumenten. Faktum är det också finns tecken på att vissa händelser kan vara synkrona och i fas, medan andra är i antifas.

Klimatförhållandena mellan de två halvkuggarna och dynamiken bakom meridional värme transporter från söder till norr, samt eventuella faslager i detta komplexa system är uppenbara huvudämne inom den paleoklimatiska gemenskapen, men också bland klimatologerna. Detta framgår också av det stora intresset från dessa grupper för de tre PEP, (Pole Equator Pole), kontinentala transekterna inom PAGES program för IGBP, N America-S Antarktis, PEP I, Asien Australien, Pep II och N Europa-S Afrika, PEP III.

Livingston Island - Antarctica

Projekt beskrivning

Den korta bakgrunden som presenteras ovan visar att en ökad förståelse av klimatförhållandena och mekanismen mellan de två halvkuggarna under händelser av global och regional klimatförändring är nödvändig för att förstå underläggande processer bakom klimat variationen av både is och interglaciala scenario. Vi föreslår därför ett paleoklimatiskt projekt på Atlanten inritad på:
1) Den senaste öcells interglacial period
2) Interheimisfäriska jämförelser och korrelationer
3) Direkta jämförelser mellan marina och atmosfärs känsliga klimatrekord.
Vi tror att dessa mål kan uppnås genom att analysera miljö / klimat variabler, främst från lacustrin spår och torvmossor samt glaciärer, på öarna längs en nord-, syd- transekt i Atlanten.

En Atlantisk transit

Delar av eller kompletterande late-glaciala och holocena paleoklimatiska rekonstruktioner, huvudsakligen baserade på insjöar och torvfyndigheter och geomorfiska egenskaper, existerar redan eller är på väg från östra Grönland (70-730N), Island (ca 660N), Färöarna Öar (620N) och sydligaste Grönland (600N) och huvud forskaren (PI) tillsammans med några projekt deltagarna är ansvariga eller medansvariga för flera av dessa studier (se PI:s CV och referens lista) och liksom för liknande studier runt Antarktis halvön (CV och referens lista). Transekterna är därför hårt förankrade i norr och i söder. Dessutom planerar O. Ingolfsson att förankra transekten i norra Svalbard, i en framtida ansökan.

The Azores

Denna ögrupp på 2 335 km2 ligger vid Azorerna High, i centrala Atlanten (380N) och består av nio öar. Varav åtta är av vulkaniskt ursprung. Årliga temperaturer varierar mellan 12-260C, med ett ganska fuktigt klimat. Sjöarna är av olika slag, men vanligtvis av vulkaniskt ursprung, förekommer på alla öar.De första försöken att hämta kärnor gjordes år 1965. Prov samlades in från fem sjöar och fyra pro var kol 14 daterade, med en äldsta ålder på 3,9 kol 14 ka BP vid ett sediment djup på 150 cm i en krater sjö på São Miguel (Fries, år 1968). Detta var dock inte det djupaste sedimentet.I mitten av 90-talet gjorde B. Ammann och H. E. Wright en kärna från samma sjöar och kärnorna stoppades i ganska grovt material vid ca 4,0 kol 14 ka BP (Ammann & Wright presskomm.) Sediment slumpning och relaterade processer är det eventuellt stora problem i några av dessa sidokrater, och kan förklara svårigheterna att tränga in i äldre sediment.Inga stratigrafiska detaljer har kommit ut från dessa studier. PI besökte emellertid de två större öarna São Miguel och Terceira i januari år 1999 och fann att det fanns större potential för sjökärnor i vissa icke krater sjöbassänger, liksom i några äldre mindre branta kratrar. Fries (år 1968) indikerade också mer än 20 ”lovande” sjöar på sex av öarna, inklusive information om storlek, höjd och oftast också även vattendjup. Vidare ligger toppmötet på ön Pico, omgivet av några mycket lovande sjöbassänger, vid 2 351 m.a.s.l. och är helt snötäckta på vintern. Detta toppområde har troligtvis blivit glacierat och kan där med innehålla glaciär fyndigheter.

Logistik: Vanligt flyg från Lisboa och bra infrastruktur på och mellan öarna.

St. Helena

I motsatsen till Kap Verde och Ascension, är klimatet på ön St Helena (120 km2) vid 160S, belägen mellan Intratropical Convergence zonen och Sydatlantens höga (SAH), fuktig nor att bilda torv och leriga insättningar i några a dalarna på norra delen av ön. Minst 5 m tjock ”lera” –avlagringar i Fisher´s Valley, samt vissa tjocka öppna torv exponeringar i Rupert´s Valley har rapporterat till oss (Q. Cronk, presskomm.). Vid ankomsten av de första (portugisiska) bosättningarna år 1504 var ön till stor del täckt av frodig vegetation, med minst 50 endemiska arter, men den södra delen var och är fortfarande ökenliknande. Detta visar också på lokala klimatet är känsligt för atmosfärisk cirkulation, det vill säga läget för den sydöstra Föhn vinden.Den högsta punkten på St Helena när 820 m.a.s.l. Och de mest lovande områdena för organiskt rika kvaternära insättningar ligger i några av de djupaste delarna 500 m.a.s.l, där också den rikaste vegetationen av buskar och halvtropiska träd kan hittas. Genomsnittliga sommar temperaturen kan varier allt från 32 grader C (vid havsnivå) till 21 grader C, och vinter temperaturen varierar mellan 26-51 grader C, men med 10 grader C lägre temperatur på de centrala kullarna. Nederbörden kan varier mellan 150 – 1 000 mm per år, beroende på vilken höjd.

Logistik: Regelbunden förbindelse med Cardiff, Teneriffa eller Kapstaden med fartyget EMS St Helena. Bra infrastruktur på ön med sina 6 000 invånare.

Tristan de Cunha and Nightingale Island

Tristan de Cunha Ö Grupp ligger vid 370S, där Tristan de Cunha (78 km2) är den största ön med 300 invånare. Den är uppbygg kring en imponerad vulkan och når 2 060 m.a.s.l. som är snötäckt på vintern. Årliga temperaturen variera från 4-45 grader C i den sydligaste delen av SAH, och nederbörden är upp till 1 700 mm per år.Området under vulkanen, belägen vid 600 – 900 m.a.s.l, täcks av tjocka torvsättningar, till exempel vid Soggy Plains i söder, där Hafsten (år 1960) rapporterade minst 3,75 m torv, men torvmassor förekommer också nära Edinburghs bosättning, till exempel Jenny´s Waterun (Hafsten år 1960). Vidare förekommer tre mindre sjöar, The Pond, på den nordöstliga ön, endast ca km ESE i Edinburgh, och en liten sjöregion finns också på Nightingale Island, när Hafsten (år 1951) analyserade pollen i en 3,5 m tjock levande kärna, som visar några mycket signifikanta pollenstratigrafiska förändringar.Vidare har Wace och Dickson (år 1965) och Preece (år 1986) rapporterat kol 14 åldrarna 8,3, 10,8, 11,3 39,2 och > 40 ka BP från sjösediment och torv på Tristan de Cunha otillgängliga ö. I motsats till den senar är Nightingale Island, som är omfattande täckt av torv, ganska lättillgänglig med mindre vägar runt ön (B. Balwin, Tristan de Cunha chef, pers. komm.). sammantaget visar detta att det finns en bra potential för studier av både torv- och sjö-sediment, samt möjliga glaciära deponier från den tidigare glacial aktivitet på Tristan de Cunha.

Logistik: Tristan de Cunha Ã¤r ansluten Kapstaden och st Helena av RMS St Helena. DÃ¥lig infrastruktur, fÃ¶rutom tvÃ¥ gÃ¤stbungalows, och vÃ¤gar som strÃ¤cker sin nÃ¥gra km frÃ¥n Edinburgh, krÃ¤ver resor till fots och med lokal bÃ¥t till nÃ¥gra av landningsplatserna. Nightingale Island kan nÃ¥s frÃ¥n Tristan de Cunha och vi kan hyra nÃ¥gra av de mÃ¥nga hyddorna pÃ¥ Ã¶n, som Ã¤gs av tristianianer (B. Baldwin, pers. komm.).

Gough Island

Gough Island (50 km2), som är en meteorologisk station med en personal på 7 personer, ligger vis 400S, 350 km SSE om Tristan de Cunha, i ”Roaring Fourties” vid gränsen mellan SAH och de sydliga Westernlänkarna. Öns klimat är känsliga för polar vindarna och dess förändringar. Den årliga nederbörden är > 2 500 mm och den genomsnittliga års temperaturen är vid havsnivå är 45 grader C, med extremiteter mellan -15 och 50 grader C.Dess högsta topp når 910 m.a.s.l. Och ön har en robust, ”vild” topografi, avgränsad av 150 – 300 m höga klippor. Den vulkaniska aktiviteten upphörde för länge sedan och landskapet är huvudsakligen formad av erosion. Skogzonen sträcker sig upp till 300 m.a.s.l. Enligt kartläggningen av Heaney och Holdgate (år 1957) uppträdde minst sex små sjöar på ön, varav fem ligger på Tarn Moss platå 3 – 5 km från den ända hamnen, Quest Bay, och kan nås genom öns största dag, The Glen.Fladare områden inom och över kustklipporna vid 600 – 700 m.a.s.l. är täckta av tjock torv insättningar. Minst 4,5 m tjock torv penetrerades på Albatross Plain (Hafsten år 1960) och en kol 14 datering på 2,15 m resulterade i en ålder av 4,7 kol 14 ja BP. Vidare, Benett et al (år 1989) analyserade pollen och daterade välbäddade organiska rika sediment vid meteorologiska stationen.Ålder hs de botten hämtade sedimenten vid 2,9 m var > 43 000 år gammal enligt kol 14 metoden, överlagrad med ett uppehåll. Emellertid uppskattades den totala tjockleken av dessa insättningar till 9,1 m. Studier av andra kvaternära insättningar utfördes inte under de olika Gough Island expeditionerna, men fotografier av landskapsmorfologin tillsammans med närvaron av snö på ön högre delar på vintern visar att de högre områdena kan ha påverkats av glaciär aktivitet. I allmänhet resulterade de tidigare studierna från Tristan de Cunha, Nightingale Island och Gough Island inte i några stratigrafiska detaljer, men de påpekar tydligt på potentialen i dessa ö regioner.

Metoder:

Fältarbete

Tillsamman med tillgänglig information, inklusive de glesa tidigare vetenskapliga dokumentationen, kommer varje ö noga att studera för optimal planering av fältarbete.

I huvudsak planeras tre typer av fältarbete för de föreslagna projektet:1) Kärning och provtagning av sjösediment och torvavlagringar2) Kartlägga och beskriva av glaciär egenskaper och öppning av sektioner för loggning och provtagning.3) Provtagning av växter för makrofossil. Och pollenreferens samlingar, sediment ytor och torv prover, vatten prover, samt lokala berg prover för förståelse av sedimentets komposition och dess källor.

Laboratorieanalyser

Datering: Datera – typ av laboratorier arbete variera tydligt mellan olika typer av insättningar, men en viktig komponent för alla kommer att vara ålders kontroll. Kol 14 metoden kommer att vara de viktigaste daterings verktyg, och för att skapa tillförlitliga och detaljerade noggranna kronologier krävs stora uppsättningar av kol 14 datum.

sediment core from Livingston

Kol 14 datum på torv är vanligtvis tillförlitliga, vilket är fallen med de sjösedimenten i regioner med vulkanisk bergarter, så vi förutser att datering av organiska sediment kommer att vara ganska oproblematisk. I hoppas emellertid och att några glaciala insättningar från Azorerna, Tristan de Cunha, Nightingale Island och Gough Island kan innehålla datumbara organiskt skräp.Detta är vanliga glaciala avlagringar i temperade / subtropiska områden (se Midwest i USA, Alperna, Anderna, Kilimanjaro och Himalaya), som relaterad till närheten av ganska tät vegetation till glaciärerna. Glaciella insättningar kommer också att dateras men den nu gradvis raffinerade TL / OSL metoden. Det är också mycket sannolikt att de flesta av öarna Kvaternära insättningar kommer innehålla lokala / Regionala tephra lager. Vi avser därför att använda dem som väldefinierade (genom mikrosond analys) markör horisonter, men också för att användas med Ar / Ar metoden (det har på senare tid visat sig vara användbart inte bara Weichselian tephras utan även tidigare Holocene med viss noggranhet (G. Bond, pers. komm.)) Kol 14 (eller Ar / Ar) daterade tephra horisonter kommer att vara användbara som daterings och korrelations verktyg mellan webbplatser och lokala / regionala marina kärnor. Om det är tillräckligt gammal (>40 000 år) finns organiska avsättningar, kan U-TH datering också försökas. Detta kommer emellertid att bero mycket på karaktären av insättningar och mängd uran i sedimenten. Mer eller mindre kommer alla datering att betalas för.

Biologiska analyser Pollen analyser kommer att utföras på väl daterade nyckel sekvenser för studier av vegetations dynamik under faserna av klimatförändringar genom att kartlägga förändringar i tid och rum på öarnas ofta distinkta vegetations zoner (Se Tristan da Cunha med sin alpina öken, Heath, gräs lan, snår, busk skog och lågland gräs land zoner). Genom transverser överskott av ytan, definieras pollen egenskaperna för varje zon. Sedimenten analyseras också för att innehållet av biogent kiseloxid. Prov för andra typer av biologiska proxier, till exempel Diatomer och Chironmider, kommer att erbjuda kollegor med intresse för projektet. Delar av biogena kiseloxid och pollen analyser måste betalas.

Kemiska / fysiska analyser Förutom den viktiga sediments skogning (ofta utförd i fältet) och digital bild analys kommer sjö / torv sediment att karakteriseras och analyseras med en rad olika kemiska / fysiska metoder. Mängden C, N och S analyseras, stabila isotoper, kol 13 och 18O, på olika organiska komponenter och cellulosa, kommer att mätas, spårelementen analyseras med ICP-MS- teknik, en stor uppsättning geomagnetiska egenskaper analyseras och mirkoprobea analyser kommer att utföras på tephras. Genom samarbete mellan olika laboratorier, främst i Lund och Köpenhamn, behöver endas delar av analytiska kostnader betalas

Kort beskrivning av möjliga paleoklimatiska uppgifter från de planerade metoderna

De metoderna som beskrivs ovan kommer att ge information om flera paleomijöer och paleoklimatiska aspekter. Kartläggning, sediment analys och datering av glaciala avlagringar kommer att användas för att beräkna och modifiera förändringar i temperaturen (se bortfalls hastigheter) och nederbörd under faser av glacial aktivitet på öarna.Noggrannare klimat konstruktioner kan erhållas för torvstratigrafier genom att analysera C / N förhållandena, volymetrisk tillväxt och ackumulations hastigheter, koncentrationer av N och C och torvens primära produktivitet (se Björck et al. År 1991). Pollen analyser registrerar förändringar i öarnas vegetations zonering, som, liksom glaciärer, främst drivs av temperatur och nederbörd.Sediment egenskaper (inkl. C- innehåll), biogen kiseloxid och diatomer i sjösediment är goda proxy dokument för vatten produktivitet, och vissa geomagnetiska egenskaper och S- innehåll kommer att ge information om deponerings miljö (till exempel aerob / anaerob) medan C / N- förhållanden, S, kol 12 och några av de geomagnetiska egenskaperna kommer användas för att etablera sjö sediment källor (till exempel autochtonous eller allochtonous) och därmed bland annat förändringar av erosion och luftfuktighet.Kol 13 kommer också att användas för att detektera förändringar mellan förekomsten av C3- och C4- växter, vilket både förkommer på några av öarna, och kan vara en bra klimat indikator (fuktighets indikator). Tidigare analyser av 18O på cellulosa är mycket lovande (T. Edwards pers. komm.): 18O på vattencellulosa är en bra proxy för omgivande sjövatten temperatur / utfällnings förångnings förhållanden, medan 18O på torvcellulosa är huvudsakligen en proxy för nederbörd temperatur. Eftersom 16O / 18O- förhållanden ofta relaterade till arter, är det nödvändigt att identifiera de vanligaste makrofossilerna och mossan (torv).Vi har nyligen påbörjat spårnings studier av sjösediment och torv, och vi hoppas att använda dessa nys spännande data i kombination med andra proxy-register för att kunna använda dem som klimat proxier. De kommer säkert vara mycket användbara i till exempel detekterar perioder med ökat damm från den afrikanska kontinenten och från ön själv, vilket indikerar perioder med ökad torka.Det kommer också att vara möjligt att upptäcka perioder med ökat inflytande från marina spraytrådar (aerosoler) i sjöar och torvmossor, vilket indikerar perioder med ökad stormighet. Slutligen bör det klargöra att dessa varierande komplexa multifatigrafiska dataset kommer att analyseras med hjälp av multivariata analystekniker, som till exempel Testas av Björck et al (år 2000) studie.

Projektgruppmedlemmar

Ett projekt med så omfattande omfattning kräver en tvärvetenskaplig grupp av forskare, men det finns inte plats för alla i ansöknings blankett! Förutom PI, s. Björck, består huvudgruppen av följande forskare.Från Quat-avdelningen Geol. vid Lunds Universitet: D. Hammarlund (stabila isotoper, paleoklimat), P. Möller (glacialgeologi, sedimentologi), P. Sandgren och I. Snowball (geomagnetik, mineralmagnetism). Från Geol. Inst.Vid Köpenhamns Universitet och GEUS:O. Bennike (makrofossiler), B. Buchardt (stabila isotoper, geokemi), R. Frei (geokemi, isotoper).Från UNIS på Svalbard:O. Humlum (geomorfologi, glacial / klimatmodellering).Från Earth. Sci. Center vid Göteborgs Universitet:O. Ingolfsson (glacial stratigrafi, paleoklimat).Från Inst. Av Quat. Res. Vid Stockholms Universitet S. Wastegård (tephra kemi / stratigrafi).

Publicerings planer

Vi tror att denna typ av projekt kommer att leda till många internationella publikationer. Både i mer specialiserade tidskrifter, samt i allmänhet paleoklimatiskt och stratigrafiskt orienterade tidskrifter. Ett viktigt och slutgiltigt mål med ett sådant projekt är att beskriva klimatsscenerarier i mycket smala tidsskivor och att beskriva och förstå övergångenarna mellan scenarier.För det senare ändamålet borde modellerare vara engagerande. Inställningen, geologi och paleoklimat av dessa avlägsna öar kan säkert också vara ett ämne av stort intresse för icke experter och kommer absolut att leda till spridningen av dessa öarnas speciella miljö. Genom e-post kontakter har de lokala öarna och visat stort intresse för projektet globala förändrings ämnen är viktig för öfolket.

Citerade referenser

Bennett, K. D. et al. 1989: Pollen analyses of a Quaternary peat sequence on Gough Island, South Atlantic. New Phytologist 113 (3), 417-422.

Björck, S. et al. 1991: Stratigraphic and paleoclimatic studies of a 5500-year-old moss bank on Elephant Island, Antarctica. Arctic and Alpine Research 23, 361-374.

Fries, M. 1968: Organic sediments and radiocarbon dates from crater lakes in the Azores. GFF 90, 360-368.

Hafsten, U. 1951: A pollen analytical investigation of two peat deposits from Tristan de Cunha. Res. Norw. Sci. Exped. Tristan de Cunha 1937-1938, No 22, 42 pp.

Hafsten, U. 1960: Pleistocene development of vegetation and climate in Tristan de Cunha and Gough Island. Årbok Univ. Bergen, Mat.-Naturv. Serie 20, 45 pp.

Preece, R. C. et al. 1986: The Quaternary palaeobotany of Inaccessible Island (Tristan de Cunha Group. Journal of Biogeography 13, 1-33.

Wace, N. M. & Dickson, J. H. 1965: The terrestrial botany of the Tristan de Cunha islands. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B, 249, 273-360.

Första preliminära rapporten

”Kom säkert hem till Sverige den 5 april 2003 efter ett mycket framgångsrikt besök på Tristan de Cunha”, säger Svante Björck i hans första brev till mig.Tyvärr fanns det inte möjligheten för oss att regelbundet skicka rapporter om projektet ”Atlantis! – bara korta meddelanden till våra nära och kära släktingar hemma.Under de tidigare veckorna av expeditionen var det inget bra väder för dem. Den ansvariga James Glass bad om hjälp med tillförlitliga prognoser för de kommande dagarna. Under den två veckors period gjordes prognosen av Metrologiska Institutet, som kunde ge dem en prognos om ett säkert besök på Nightingale (mycket uppskattat).”otroliga erfarenheter – långt över förväntan”, säger Svante. Två kärnor av god kvalitet, den från Nightingale ser extremt lovande ut – tog (den första från Bottom Pond på Tristan).Nedan hittar du deltagarna i denna expedition. Från vänster: Svante Björck (ledare) – Karl Ljung (doktorand på projektet) – Dan Hammarlund – Ole Bennike

Klättring upp till Bottom Pond.

Krater sjön – Bottom Pond

Från Bottom Pond fick vi tag i 4,75 meter av sediment

De första resultatet från denna kärna visar den förväntade sedimenterings hastighet på 1 cm per år fördubblades, så kärnan är ungefär 2 000 – 2 500 år gammal i den nedre delen är den förväntade 4 500 år.