Loftslag á nútíma og þróun landslags á miðhálendi Íslands

Many high-resolution terrestrial physical and organic matter proxy records from Iceland capture departures from the smoothly decreasing trend in Northern Hemisphere summer insolation that primarily drives climate throughout the Holocene, suggesting that other feedbacks and forcings exhibit control on the climate system. Iceland is located in the north Atlantic, where climate is complicated by major oceanic and atmospheric currents, and is therefore a key location for understanding the complex mechanisms that control the climate system. In the central highlands, a high desert plateau in the center of Iceland, early Holocene climatic conditions and the causes behind subsequent evolution the climate still remains relatively unexplored. In this study, a new Holocene climate record based on physical and organic matter proxies from shallow lake Arnarvatn Stóra (ARN) in the central highlands is compared with a nearby soil section and glacier-dominated lake proxy record from Hvítárvatn (HVT), about 30 km away from ARN on the other side of the Langjökull ice cap. The deglaciation of ARN occurred at ~10.54 ka in response to high Northern Hemisphere summer insolation, which continued into the early Holocene (10.5-7.9 ka) and caused warm conditions evidenced by high algal productivity and low sediment accumulation rate (SAR) indicates rapid soil development around the ARN catchment. This warmth was interrupted by a cooling event between 8.7-7.9 ka, suggested by increased SAR, possibly due to pulses of freshwater released into the North Atlantic from the waning Laurentide Ice Sheet. Mid-Holocene (7.9-5.0 ka) warmth is detected in the ARN record by an increase in aquatic macrophytes, high algal productivity, and maximum catchment stability, though the magnitude of this warmth compared to the early Holocene is unknown. Because this mid-Holocene warmth persists nearly 3 ka after peak insolation, it is likely due to increased advection of warm Atlantic waters to the coast of Iceland, as is suggested by marine core proxy data. Beginning at ~5.0 ka, higher SARs and lower algal productivity point to Neoglacial in ARN, which is supported by evidence of increased in eolian erosion of soils in a soil section near ARN. This cooling mainly follows decreasing summer insolation, and marine core records point to reduced strength of Atlantic waters during this time, which likely also encourages cooling. Evidence of stepwise increases in soil erosion rate following major tephra depositions at ~4.2, 3.0, 1.1, 0.87, and 0.3 ka indicate that tephra plays a role in landscape instability in addition to insolation-driven cooling. The most significant increase in soil erosion occurs after 1.1 ka, likely due to a complex combination of cooling climate, increased volcanic activity, arrival of humans with grazing livestock, and increased sea ice off the coast of Iceland. Comparison of the ARN and HVT physical and organic matter proxy records produces a consistent regional climate signal for the central highlands, and sheds light on proxy behavior in differing physical settings. In general, abrupt changes in the HVT record reflect changes in dimension of the Langjökull ice cap, whereas similar abrupt changes in ARN relate to periods of increased soil erosion, such as after major tephra fall. In ARN, Holocene lake shallowing may have increased sunlight penetration to the bottom of the lake and encouraged the growth of aquatic macrophytes, creating an climatically inconsistent relationship between the δ13C and C:N organic proxies. Thus, climatic interpretation of organic matter proxies in shallow lakes like ARN may be more complicated than in glacial lakes, especially during warmer periods. SAR and biogenic silica (BSi) proxies, however, show relatively consistent reactions to Holocene climate changes in both HVT and ARN and are therefore useful in climatic reconstruction using the two lake records. These new understandings of proxy behavior in different physical settings will improve interpretation of future terrestrial paleoclimatic records from Iceland.Ýmsir veðurvísar sem greinast í hárri tímaupplausn í íslensku seti sýna snöggar og óreglulegar breytingar í veðurfari á nútíma (síðustu 11.500 ár). Lækkandi hitastig frá upphafi nútíma hefur stjórnast af minnkandi sólarinngeislun á Norðurhveli jarðar, en snöggar loftslagsbreytingar hafa hins vegar verið tengdar breytingum á sjávar- og loftstraumum. Lítið er vitað um þróun veðurfars og veðurskilyrða á miðhálendi Íslands á fyrri hluta nútíma. Í þessari rannsókn eru lífrænir (lífrænn kísill BSi, lífrænt kolefni TOC, C:N, δ13C) og eðlisrænir (MS, eðlisþéttleiki) veðurvísar í seti tveggja stöðuvatna bornir saman í þeirri viðleitni að skoða þróun loftslags og breytingar sem átt hafa sér stað á vatnasviði þeirra. Stöðuvötnin tvö, Arnarvatn Stóra og Hvítárvatn, liggja sín hvoru megin við Langjökul og eru mjög ólík hvað varðar dýpi og stærð. Svipuð gögn úr jarðvegssniði við Arnarvatn Stóra eru einnig skoðuð. Niðurstöður greininga á veðurvísum úr vötnunum tveimur og jarðvegssniðinu sýna að Arnarvatn Stóra hefur orðið til á síðjökultíma fyrir um 10.500 árum á tíma sterkrar sumar sólarinngeislunar. Þetta hlýja tímabil stóð frá því fyrir 10.500 árum þar til fyrir 8.700 árum og ýtti undir hraða uppbyggingu jarðvegs á vatnasviði Arnarvatns Stóra. Hlýindin voru rofin af köldu tímabili sem stóð frá því fyrir 8.700 til 7.900 árum, en það stafaði sennilega af áhrifum mikils ferskvatns sem barst út í Norður-Atlantshafið vegna hörfandi Norður-Ameríku jökulskjaldarins. Endurkoma hlýindatímabils á miðhluta nútíma (fyrir um 7.900 til 5.000 árum) kemur fram í auknu magni fjölfrumuplantna, þörungaframleiðni og hámarks stöðugleika á vatnasviði Arnarvatns Stóra. Þar sem þetta hlýjasta tímabil nútímans var viðvarandi í um þrjú þúsund ár, þrátt fyrir minnkandi sólarinngeislun, má ætla að hlýir straumar Norður Atlantshafs hafi þar ráðið nokkru. Fyrir um það bil 5.000 árum verður þó vart kólnunar í seti Arnarvatns Stóra ásamt aukningu í jarðvegsrofi á vatnasviði þess. Þessi kólnun fylgir að mestu minnkandi sumar sólarinngeislun, þótt kólnandi sjávarstraumar hafi líka haft áhrif. Vísbendingar um að stigvaxandi aukning í jarðvegsrofi hafi orðið í kjölfar mikillar gjóskumyndunar vegna sprengigosavirkni fyrir um 4.200, 3.000, 1.100, 870 og 300 árum, benda til þess að gjóska gegni stóru hlutverki þegar kemur að óstöðugleika í landslagi og aukningu á jarðvegsrofi. Umtalsverð aukning á jarðvegsrofi átti sér stað fyrir um 1.100 árum, líklega vegna samspils flókinna áhrifa kólnunnar, eldvirkni, landnáms og búfjárbeitar auk aukningar á hafís við strendur Íslands. Samanburður á eðlisrænum og lífrænum veðurvísum í seti Arnarvatns Stóra og Hvítárvatns varpar ljósi á mismunandi svörun veðurvísa í vötnum þar sem svipað veðurfar ríkir, en umgjörð vatna og vatnasviðs eru ólík. Skyndilegar breytingar í veðurvísum Hvítárvatns endurspegla almennar breytingar á virkni Langjökuls, en svipaðar skyndilegar breytingar í veðurvísum Arnarvatns Stóra tengjast tímabilum aukinnar jarðvegseyðingar vegna samspils kólnunar og meiriháttar eldgosa með tilheyrandi gjóskumyndun. Í grunnum vötnum eins og Arnarvatni Stóra getur grynnkun vatns stuðlað að aukningu fjölfrumuplantna sem um leið getur myndað ósamræmi í túlkun δ13C og C:N sem veðurvísa, einkum á hlýrri tímabilum. Setupphleðsluhraði (SAR) og lífrænn kísill (BSi) sýnir hins vegar tiltölulega stöðuga svörun við loftslagsbreytingum á nútíma, bæði í seti Hvítárvatns og Arnarvatns Stóra og eru því gagnlegir vísar þegar draga þarf fram veðurfarsbreytingar á fyrri jarðsögutímum. Þessi nýi skilningur á svörun veðurvísa í ólíkum vötnum á ólíkum vatnasviðum mun hjálpa til við frekari uppbyggingu og túlkun á þróun veðurfars á Íslandi á nútíma