Umhverfisbreytingar á Nútíma í ljósi rannsókna á líf- og jarðefnafræði vatnasviða, litarefni þörunga og stöðugum samsætum í vatnaseti á Baffinlandi og Íslandi

Abstract

Vatnaset geymir samfellda sögu umhverfisbreytinga og inniheldur upplýsingar um fjölda ferla sem eiga sér stað í vatninu og á vatnasviði þess. Efnafræðilegir eiginleikar lífrænna efna í setinu gefa vísbendingar um fyrri aðstæður. Vatnaset á Baffinlandi og Íslandi frá Nútíma (síðustu 11500 ár), er sérstaklega næmt fyrir breytingum í loftslagi vegna stöðu eyjanna við og í Norður Atlantshafi og sterkrar svörunar við breytingum sem þar eiga sér stað. Litarefni þörunga í vatnaseti og samþætting algengra veðurvísa eins og stöðugra samsæta, C:N hlutfalls, og lífræns kísils var rannsakað til þess að öðlast fyllri skilning á staðbundinni loftslagssögu og lífjarðefnafræði vatnasviða. Ólíkar veðuraðstæður á heimskautasvæðum Kanada og á Íslandi á Nútíma gera okkur kleift að rannsaka og bera saman svörun veðurvísa í þessum mismunandi umhverfum.Niðurstaða þessara rannsókna á loftslagsbreytingum á Nútíma er í meginatriðum í takti við aðrar svipaðar svæðisbundnar rannsóknir, þar sem greinilegar breytingar í veðurvísum fylgja þróun loftslags. Eðli, umfang og tímasetning svörunar veðurvísa er breytileg milli staða og undirstrikar nauðsyn þess að gera grein fyrir mismunandi umhverfisþáttum hvers vatnasviðs einkum þegar draga á fram veðurfarssögu. Þessi rannsókn er sú fyrsta á hvoru svæði fyrir sig sem notar litarefni þörunga til að rannsaka og endurbyggja umhverfisbreytingar og sýnir einkennandi breytingar í þörungasamfélögum með tíma. Á Baffinlandi eru grænþörungar og háplöntur algengastar á fyrsta hluta Nútímans, en kísilgúrmagn eykst á seinni hluta Nútíma og á Litlu ísöldinni (1300 til 1900 CE). Þessu er fylgt eftir með afturhvarfi til aukinna grænþörunga og háplantna á síðustu áratugum. Þetta mynstur kemur ekki fram í íslenskum vötnum, þar sem Cyanobacteria (blágrænuþörungar) sýnir sterkustu hitastigssvörunina og er algengari á heitum tímum. Lengri tímabil án ísþekju stuðla að fullkomnari þróun árstíðabundinna þörungasamfélaga og eru talin stýra gnægð þeirra. Þessi rannsókn sýnir að þróun þörungasamfélaga í íslenskum vötnum bregst ekki eins sterklega við hlýnun síðustu áratuga eins og vötn á Baffinlandi, þar sem fjöldi veðurvísa snúa skyndilega aftur til þess ástands sem átti sér stað á hámarki hlýnunar á Nútíma. Niðurstöður þessarar ritgerðar lýsa lífjarðefnafræðilegum einkennum sem eiga sér stað á tímum öfga í loftslagi Nútímans, sem hægt er að nota til að spá fyrir um skilyrði í framtíð og geta haft áhrif á vatnsgæði og hringrás kolefnis í hlýnandi loftslagi norðurslóða.

Lake sediments provide a continuous record of environmental change, integrating information about multiple biogeochemical processes occurring within the lake and catchment. Much of this is recorded by the chemical characteristics of sedimentary organic matter, which can be used as a proxy for past conditions. This dissertation examines Holocene lake sediment records from Baffin Island and Iceland, which, as a result of Arctic amplification feedbacks, are particularly sensitive to changes in climate. We integrated sedimentary algal pigments with more commonly used proxies such as stable isotopes, C:N ratio, and biogenic silica in order to derive a more complete understanding of local climate history and catchment biogeochemistry. Contrasting modern climate conditions between the Eastern Canadian Arctic and Iceland allows us to examine proxy response across different environments.The climate records developed in this study broadly agree with other regional records, with coherent shifts in biogeochemical proxies occurring in response to Holocene climate evolution. The nature, magnitude, and timing of proxy response vary between locations, underscoring the need to account for the distinct environmental factors of each lake system when reconstructing climate history. This study is the first to develop Holocene records of sedimentary algal pigments in each study area which distinctly characterize changes in lacustrine algal group assemblage through time. In Baffin Island, green algae and higher plants are most abundant during the early Holocene, with increased diatom relative abundance during the late Holocene and Little Ice Age. This is followed by a return to increased green algae and higher plants during recent times. This pattern is not replicated in Icelandic lakes, where cyanobacteria show the strongest temperature response and are more abundant during warm times. More complete progression of seasonal algal group succession during longer ice-free seasons is the proposed mechanism controlling algal group relative abundance. Recent trends in Icelandic lakes from this study do not show as strong of a response to Anthropogenic warming as on Baffin Island, where many proxies abruptly return to a Holocene Thermal Maximum-like state. The results of this dissertation characterize the biogeochemical regimes which occur during climatic extremes of the Holocene, and can be used to predict future conditions influencing water quality and the carbon cycle in a warming Arctic.