Rekonstrukcja warunków oceanograficznych u wybrzeży południowo-zachodniej Grenlandii w późnym plejstocenie i holocenie w świetle analizy okrzemkowej osadów oceanicznych

Streszczenie

Tematem przedkładanej dysertacji jest zmienność warunków oceanograficznych w rejonie południowo-zachodniej Grenlandii, w czasie późnego plejstocenu i holocenu. Rekonstrukcje warunków oceanograficznych były oparte o analizy okrzemkowe dwóch długich rdzeni osadowych, których skala czasowa pokrywała ostatnie 12 tysięcy lat. Obszarem badań, był słabo zbadany w kontekście postawionego problemu badawczego, obszar systemu fiordów Godthåbsfjord. Głównym celem badań była więc rekonstrukcja zmian warunków oceanograficznych tego obszaru w holocenie, lecz także zbadanie relacji tych zmian między wewnętrznymi i zewnętrznymi częściami tego systemu. Dlatego też, jeden rdzeń (SA13-ST3-20G) pobrano z szelfu kontynentalnego, u wyjścia z Godthåbsfjordu, drugi (SA13-ST6-40G) natomiast wewnątrz jego głównego basenu. Do określenia zmian warunków oceanograficznych wykorzystano tu zarówno metody rekonstrukcji ilościowej, jak i jakościowej. Ilościowe metody dotyczyły wykonania analizy funkcji transferowej i zrekonstruowania takich zmiennych jak temperatura (ºC) i zasolenie (PSU) wód powierzchniowych, a także pokrycie lodem morskim (%). Kalibracji dokonano na podstawie współczesnej bazy danych osadów powierzchniowych z obszaru Zatoki Baffina i Morza Labradorskiego z odpowiednimi pomiarami satelitarnymi parametrów oceanicznych, skalibrowanymi specjalnie na potrzeby rekonstrukcji okrzemkowych z tego rejonu. Wiarygodność rekonstrukcji ilościowych została wzmocniona przez dodatkowe użycie rekonstrukcji jakościowych, opartych o preferencje ekologiczne dominująych w poszczególnych rdzeniach gatunków okrzemek. Skład gatunkowy zespołów okrzemkowych obu rdzeni był typowy dla rejonów arktycznych i subarktycznych a w badanych osadach dominowały planktoniczne gatunki okrzemek, w szczególności te z rodzaju Thalassiosira, Fragilariopsis i Chaetoceros. Wyniki przeprowadzonych rekonstrukcji, w przypadku rdzenia z szelfu kontynentalnego były zgodne z ogólnym przebiegiem holoceńskich zmian klimatycznych na półkuli północnej i pozwoliły na odtworzenie aktywności cyrkulacji oceanicznej w rejonie Morza Labradorskiego. Zmiany te były kontrolowane przez zmniejszające się nasłonecznienie związane z wielkoskalowymi cyklami słonecznymi. Rekonstrukcja w szelfowej części obszaru badań wykazała wyraźny sygnał deglacjacji mający miejsce około 11 tyś. lat BP, następnie, okres maksimum aktywności Prądu Północnoatlantyckiego do około 7 tyś lat BP, stabilizację warunków oceanograficznych w środkowym holocenie, a także osłabienie cyrkulacji wód powierzchniowych mórz Baffina-Labradorskiego po około 2,5 tyś. lat BP. Drugim celem badań było, porównanie wyników rdzenia z obszaru szelfowego, z wynikami z wewnętrznych części Godthåbsfjordu. Takie porównanie wykazało występowanie przeciwnych trendów zmienności warunków oceanograficznych pomiędzy częścią szelfową rejonu Godthåbsfjordu a jego częścią wewnętrzną, określone jako anty-faza temperaturowa. We wczesnym holocenie, schemat działania anty-fazy temperaturowej był przeciwny do tych obserwowanych w młodszych okresach, co wynikało z różnic w nasłonecznieniu, a tym samym mniejszej energii, w postaci ciepła, niesionego przez prądy oceaniczne. Niniejsze badania wyróżniły także naprzemienne, poszczególne cykle tej anty-fazy, które przedzielone były momentami wyrównania parametrów wody między Godthåbsfjordem a Morzem Labradorskim, związanymi z okresami silnej aktywności Prądu Zachodniogrenlandzkiego. Dodatkowym aspektem prowadzonych badań było prześledzenie zmian w produkcji pierwotnej okrzemek w rejonie Godthåbsfjordu, a także sprawdzenie, czy i jak na produkcję pierwotną wpływały zidentyfikowane trendy w zmienności warunków oceanograficznych. Wyniki wybranych i zastosowanych tu miar produktywności nie ukazały szczególnego schematu zmian, związanego z reakcją na holoceńską zmienność warunków oceanograficznych tego rejonu. Zauważono jednak, że zarówno abundancja okrzemek jak i ich bogactwo gatunkowe było tu niższe w momentach gwałtownych zmian zrekonstruowanych warunków oceanograficznych (np.: wczesny i późny holocen), natomiast nieco wyższe w momentach stabilizacji (tzn. w miarę równomiernie rozłożonych oscylacji, np.: środkowy holocen).

Summary

The subject of the forwarded thesis was to investigate the Late Pleistocene and Holocene changes in oceanographic conditions in the south-west region of Greenland. The reconstruction of oceanographic conditions was based on diatom analyses of two long sediment cores which covered the last 12,000 years. The study area is located in the Godthåbsfjord system which is still poorly understood in terms of oceanographic changes during the Holocene. The major aim of this research was therefore to reconstruct changes in oceanographic conditions in the study area during the Holocene but also to investigate the relationship of these changes between the internal and external parts of Godthåbsfjord system. Therefore, one core (SA13-ST3-20G) was taken from the continental shelf at the mouth of the Godthåbsfjord and the other core (SA13-ST6-40G) inside its main basin (branch). Both quantitative and qualitative reconstruction methods were used. Quantitative method consisted of transfer function analysis which was applied to reconstruct such variables as: sea surface temperature (ºC), sea surface salinity (PSU), as well as sea ice concentration (%). The Baffin Bay and Labrador Sea surface sediment database with corresponding ocean satellite measurements calibrated specifically for diatom-based reconstructions from this area was used as a modern calibration dataset. The results of quantitative reconstructions were strenghtened by additional use of qualitative reconstructions, based on the ecological preferences of dominant diatom species identified in particular cores. Taxonomic composition of diatom assemblages found in both cores was consistent with those considered typical of Arctic and sub-Arctic regions. Planktonic diatom species were dominant, in particular those belonging to genus Thalassiosira, Fragilariopsis and Chaeteroceros. The results of reconstructions, in the case of the core from the continental shelf, were consistent with the general climate changes trends in the northern hemisphere, during the Holocene and allowed to investigate activity of the ocean circulation in the Baffin-Labrador seas region. These changes were mainly controlled by the declining insolation associated with large-scale solar cycles. Reconstruction in the shelf part of study area showed a clear signal of deglaciation at about 11 ky BP, then, the maximum activity of the North Atlantic Current to about 7 ky BP, stabilization of oceanographic conditions in the middle Holocene, as well as weakening of the surface waters circulation in the Baffin-Labrador seas region after about 2.5 ky BP. The second aim of this research was to compare the results of reconstructed sea surface water parameters from the shelf area with those from the inner parts of the Godthåbsfjord. Such a comparison identified opposite trends in oceanographic conditions between the shelf part of the Godthåbsfjord area and its inner part. In the early Holocene, the pattern of such a temperature anti-phase was opposite to that of the earlier periods, due to differences in insolation, and thus less energy in the form of heat carried into the fiord system by ocean currents. This study also distinguished the individual cycles of this anti-phase, which were separated by moments of equalization of water parameters between the Godthåbsfjord and the Labrador Sea, related to the temporary strong activity of the West Greenland Current. An additional aspect of this research was to indentify changes in the primary production of diatoms in the Godthåbsfjord area, as well as to test whether and how the primary production was influenced by identified oceanographic conditions trends throuthout the Holocene. The results of selected measures of productivity did not show a particular pattern of changes, that could be a response to the Holocene variability of oceanographic conditions in this region. However, it was noticed that both, diatom concentration and species richness were lower during rapid changes in reconstructed oceanographic conditions (e.g. early and late Holocene), and slightly higher at times of stabilization (i.e. with relatively evenly distributed oscillations, e.g. middle Holocene).