Soil development within glacier forelands, Southeast Iceland

Abstract

Glaciers in Iceland have been steadily retreating since the end of the Little Ice Age ~1890, exposing surfaces where weathering and vegetation succession commences. This thesis presents the results from studies on soil development along chronosequences, a time for space substitution, within the fore-fields of Skaftafellsjökull and Breiðamerkurjökull outlet glaciers in SE-Iceland. The study showed that with increasing time since deglaciation and vegetation succession, bulk density and pH (H2O) decreased, while concentrations of loss on ignition (LOI), soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (N) along with pH (NaF) increased. There was a slow yet significant increase of ammonium oxalate extractable aluminium (Alox) and iron (Feox) in the oldest moraine at Skaftafellsjökull. Vegetation succession was initially slow but then the vegetation stratigraphy developed in two different directions. Dwarf shrubs and shrubs characterized the oldest moraines at Skaftafellsjökull but grasses at Breiðamerkurjökull where shrubs were completely absent. The rates of soil development were initially slow, reflecting the trend in vegetation succession, but the rates increased after the first 50 years. The highest rates of soil organic carbon accretion (SOC) were reached in the 120 yr-old moraine at Skaftafellsjökull, 9.1 g m-2 yr-1. The rates were considerably lower for Breiðamerkurjökull, reaching 4−4.5 g m-2 yr-1 in the 67−122 yr-old moraines. The rates of increase for both the study sites were considerably lower than compared to sites of revegetation or forestry. Topography affected both vegetation establishment and soil development, where the base of slopes significantly contained higher SOC, N, Alox and Feox concentrations. At Breiðamerkurjökull, avifauna had a point-centered impact on soil formation, creating hot spots within ‘bird hummocks’ on the summits of moraine ridges by adding nutrients through their droppings. The current annual increase in SOC stocks was estimated at 20.7 Mg C yr-1 for Skaftafellsjökull and 19.7 Mg C yr-1 at Breiðamerkurjökull.

Jöklar á Íslandi hafa hörfað meira og minna frá lokum litlu ísaldar um 1890. Þar sem land verður íslaust hefst gróðurframvinda og efnaveðrun sem leiðir til jarðvegsmyndunar. Þessi ritgerð fjallar um jarðvegsmyndun og gróðurframvindu fyrir framan tvo skriðjökla á Suðausturlandi, Skaftafellsjökul og Breiðamerkurjökul. Þar sem staða jökla á ákveðnum tíma er þekkt má nýta það til að rekja breytingar á gróðri og jarðvegi með auknum aldri yfirborðsins. Rannsóknir sýndu að breytingar á jarðvegi stjórnuðust af aldri yfirborðs og gróðurframvindu; rúmþyngd og pH (H2O) lækkuðu með tíma en glæðitap (LOI), lífrænt kolefni (SOC) og köfnunarefni (N) ásamt pH (NaF), jukust með tíma. Til að byrja með var gróðurframvinda hæg, sem endurspeglaðist í hægri jarðvegsmyndun fyrstu 50 árin. Eftir það þróaðist gróðurfar við jöklana í sitt hvora áttina, þar sem smárunnar og runnar einkenndu elstu jökulgarða við Skaftafellsjökul, en grös einkenndu elstu jökulgarða við Breiðamerkurjökul þar sem engir runnar voru. Mesti uppsöfnunarhraði kolefnis reyndist vera í elstu jökulurðinni við Skaftafellsjökul, 9.1 g m-2 yr-1 eftir 120 ár. Söfnunarhraðinn var talsvert lægri við Breiðamerkurjökul eða 4−4.5 g m-2 yr-1 eftir 67−122 ár. Hann var talsvert lægri við jöklana tvo en mælst hefur í uppgræðslum og í skógrækt hér á landi. Landslag hafði áhrif á jarðvegsmyndun þar sem lægðir innan jökullandslagsins höfðu marktækt hærri SOC, N, Alox og Feox gildi. Við Breiðamerkurjökul skipti fuglalíf sköpum þar sem ‘svalþúfur’ eða ‘fuglaþúfur’ höfðu myndast á toppum jökulgarða og þær reyndust vera ‘heitir reitir’ jarðvegsmyndunar í jökulurðinni. Árleg uppsöfnun SOC í jökulurðinni var áætluð 20.7 Mg C ár-1 við Skaftafellsjökul og 19.7 Mg C ár-1 við Breiðamerkurjökul.