Late Pleistocene and Holocene environmental evolution of the Murchisonfjorden area, Nordaustlandet, Svalbard

The purpose of this study was to establish the palaeoenvironmental conditions during the late Quaternary in Murchisonfjorden, Nordaustlandet, based on foraminiferal assemblage compositions, and to determine the onset and termination of the Weichselian glaciations. The foraminiferal assemblage compositions were studied in marine sediments from three different archives, from sections next to the present shoreline in the Bay of Isvika, from a core in the Bay of Isvika and from a core from Lake Einstaken. OSL and AMS 14C age determinations were performed on samples from the three archives, and the results show deposition of marine sediments during ice-free periods of the Early Weichselian, the Middle Weichselian and the Late Weichselian, as well as during the Holocene in the investigated area. Marine sediments from the Early and Middle Weichselian were sampled from isostatically uplifted sections along the present shoreline.Sediments from the transition from the Late Weichselian to early Holocene time intervals were found in the bottom of the core from Lake Einstaken. Holocene sediments were investigated in the sections and in the core from the Bay of Isvika. The marine sediments from the sections are comprised of five benthic foraminiferal assemblages. The Early Weichselian is represented by two foraminiferal assemblages, the Middle Weichselian, the early and the late Holocene each by one. All five foraminiferal assemblages were deposited in glacier-distal shallow-water environments, which had a connection to the open ocean. Changes in the composition of the assemblages can be ascribed to differences in the bottom-water currents and changes in the salinity. The Middle Weichselian assemblage is of special importance, because it is the first foraminiferal assemblage to be described from this time interval from Svalbard. Four benthic foraminiferal assemblages were deposited shortly before the marine to lacustrine transition at the boundary between the Late Weichselian and Holocene in Lake Einstaken. The foraminiferal assemblages show a change from a high-arctic, normal marine shallow-water environment to an even shallower environment with highly fluctuating salinity. The analyses of the core from 100 m water depth in the Bay of Isvika resulted in the determination of four foraminiferal assemblages. These indicated changes from a glacier-proximal environment during deglaciation, to a more glacier-distal environment during the Early Holocene. This was followed by a period with a marked change to a considerably cooler environment and finally to a closed fjord environment in the middle and late Holocene times. Additional sedimentological analyses of the marine and glacially derived sediments from the uplifted sections, as well as observations of multiple striae on the bedrock, observations of deeply weathered bedrock and findings of tills interlayered with marine sediments complete the investigations in the study area. They indicate weak glacial erosion in the study area. It can be concluded that marine deposition occurred in the investigated area during three time intervals in the Weichselian and during most of the Holocene. The foraminiferal assemblages in the Holocene are characterized by a transition from glacier-proximal to glacier-distal faunas. The palaeogeographical change from an open fjord to a closed fjord environment is a result of the isostatic uplift of the area after the LGM and is clearly reflected in the foraminiferal assemblages. Another influencing factor on the foraminiferal assemblage composition are changes in the inflow of warmer Atlantic waters to the study area.Tämän tutkimuksen tarkoitus oli huokoseläinten (foraminifera) yhteisömuutoksia hyödyntäen selvittää menneitä ympäristöolosuhteita sekä Veikselin jäätiköitymisvaiheita myöhäiskvartäärin aikana Murchison-vuonon alueella, Huippuvuorten Koillismaalla. Huokoseläinyhteisöjen ajallisia muutoksia merellisissä sedimenteissä tutkittiin kolmesta lokaliteetista kerätyistä sedimenttiaineistoista, Isvikan lahden rantaleikkauksista sekä kahdesta sedimenttinäytesarjasta, joista ensimmäinen kairattiin Isvikan lahdesta ja toinen Einstaken järvestä. Aineistoista tehtyjen OSL ja AMS 14C ajoitusten perusteella voidaan päätellä, että merellisiä sedimenttejä kerrostui tutkimusalueella jäättöminä ajanjaksoina niin varhais-, keski- ja myöhäis-Veikselin kuin myös Holoseenin aikana. Varhais- ja keski-Veikselin aikana kerrostuneita merellisiä sedimenttejä on paljastuneena isostaattisen kohoamisen seurauksena nykyisen rantaviivan tason leikkauksissa. Myöhäis-Veikselin ja varhaisen Holoseenin välistä siirtymää edustavia sedimenttejä löydettiin Einstaken järvestä kairatun sedimenttinäytesarjan syvimmästä osasta sekä Holoseeni-ikäisiä sedimenttejä rantaleikkauksista ja Isvikan lahden näytesarjasta. Merellisistä sedimenteistä havaittiin viisi erityyppistä huokoseläinyhteisöä: kaksi varhais-Veikselin, yksi keski-Veikselin, yksi varhais-Holoseenin ja yksi myöhäis-Holoseenin aikaisista kerrostumista. Kaikki nämä huokoseläinyhteisöt kerrostuivat etäällä jäätikön reunasta, matalan meren olosuhteissa, yhteydessä avomereen. Suurimmat tekijät yhteisömuutoksien taustalla olivat pohjamerivirtojen sekä suolaisuuden muutokset. Keski-Veikselin huokoseläinyhteisö on erityisen merkittävä, koska se on ensimmäinen Huippuvuorten alueelta kuvattu tämän ikäinen lajijakauma. Myöhäis-Veikselin ja Holoseenin vaihteessa, ennen siirtymää merellisestä makean veden vaiheeseen, Einstaken järveen kerrostui neljä erilaista huokoseläinyhteisöä. Lajiyhteisöjen muutokset osoittavat kerrostumisympäristön vaihtuneen matalasta, arktisesta merestä vielä matalampaan, suolaisuudeltaan voimakkaasti vaihtelevaan mereen. Isvikan lahden pohjasta, sadan metrin syvyydestä kairatuista näytteistä voitiin määrittää neljä huokoseläinjakaumaa. Jakaumien perusteella kerrostumisympäristö muuttui varhais-Holoseenin aikana deglasiaation aikaisesta jäätikön puoleisesta (proksimaalista) ympäristöstä etäämmälle jäätikön reunasta (distaalimpaan). Tätä seurasivat selvästi kylmemmät olosuhteet ja lopulta siirtymä suljettuun vuonoympäristöön keski- ja myöhäis-Holoseenin aikana. Rantaleikkauksista kerättyjen merellisten ja jäätikkökerrostumien sedimentologiset analyysit sekä alueella tehdyt täydentävät kenttähavainnot kallioperän syvästä rapautumisesta ja glasiogeenisistä välikerroksista merellisissä sedimenteissä osoittavat, että jäätikön eroosiovaikutus on tutkimusalueella ollut suhteellisen heikko. Aineistosta voidaan lisäksi päätellä, että merellisten sedimenttien kerrostuminen tutkimusalueella tapahtui kolmessa vaiheessa Veikselin ja Holoseenin aikana. Holoseenin aikaiset huokoseläinyhteisöt osoittavat siirtymää proksimaalisista distaalisiin ympäristöihin. Muutos avoimesta vuonoympäristöstä suljettuun vuonoon näkyy selkeästi huokoseläinaineistossa ja on seurausta isostaattisesta maankohoamisesta viimeisen jäätiköitymismaksimin jälkeen. Toinen merkittävä tekijä huokoseläinten yhteisömuutoksissa on ollut lämpimien vesien virtauksen lisääntyminen Atlantilta tutkimusalueelle