Late Holocene climate development of Bjørnøya, Svalbard, based on chironomid analysis

Recent climate related changes in the Arctic have risen concern and interest to better understand the mechamisms of arctic climate system and to predict the future response. Due to short instrumental monitoring a palaeoenvironmental view is required to reveal and understand long-term changes, yet high-resolution palaeoecological and -climatological studies are sparse. Bjørnøya, the Bear Island, (74°30' N, 19° E) is a key site for terrestrial palaeoclimate records along the heat transport system of the North Atlantic Current, with the possibility of linking records from northern Fennoscandia and Arctic Svalbard. A summer temperature series for the past ca. 1000 years was reconstructed from a 64 cm surface sediment core from lake Ellasjøen, SW Bjørnøya, based on quantitative palaeoenvironmental modelling of subfossilized chironomid assemblages. Quality of reconstructions was assessed with modern analogue technique and principal component analysis. To support the interpretation and receive a more holistic view of the lake history, in- lake processes, catchment interaction and factors behind the changes, a multi-proxy approach was chosen. Sediment physical characteristics: water content, loss-on-ignition, magnetic susceptibility and spectrocolorimetric identification of sedimentary signatures and components, in addition to composition and diversity of the chironomid assemblage, were used to trace a comprehensive picture of past changes. Radiometric dating was conducted to assess the temporal context of the sedimentary series. The results reveal that Ellasjøen is a climatically sensitive lake and preserves a history of substantial changes. A general pattern is detected where Medieval Warm Period features very modest warmth, followed by warming summer temperatures until 1600 AD, when the temperature trend starts to decrease towards culmination of the Little Ice Age at 1740 AD. A warming trend ever since is persistent but does not exceed past warmth. Results suggest higher seasonality during Little Ice Age and seek to explain causes for modest recent warmth. Reconstructed climate development is in good agreement with recent results from surrounding areas and a complex set of ice-ocean-atmosphere interactions is proposed as driving factors. The findings of this study highlight the importance of regionally solved high-resolution climate records and tracing of seasonal climate components to fully understand the variation and interrelationship of driving factors affecting the Arctic climate dynamics in the eastern North Atlantic sector.Viimeaikaiset ilmaston muutoksen vaikutukset pohjoisilla napa-alueilla ovat huolestettuvia, minkä vuoksi kiinnostus ilmastomekanismien parempaan ymmärtämiseen on lisääntynyt. Mittauslaitteiden kattama aika on napa-alueilla yleensä lyhyt, joten ilmastovasteiden tutkimisessa tarvittavat pitkät aikasarjat edellyttävät luonnon arkistojen hyödyntämistä. Tarkan resoluution tutkimukset ekologian ja ilmaston kehityksestä pohjoisilla alueilla ovat kuitenkin harvassa. Karhusaari (74°30'N, 19° E) on sijainniltaan avainasemassa ilmastotutkimuksen suhteen, sillä se tarjoaa ainutlaatuisen mahdollisuuden tutkia järvisedimenttisarjoja Pohjois- Atlantin merivirran välittömässä vaikutuspiirissä yhdistäen Pohjois-Norjan ja Huippuvuorten ilmastokehityksen mekanismit toisiinsa. Karhusaaren Ellasjøen järvestä nostetusta 64 cm pitkästä pintasedimenttisarjasta rekonstruoitiin viimeksi kuluneen 1000 vuoden ajalta kesälämpötilaa hyödyntäen siirtofunktiomallinnuksen avulla subfossiilista surviaissääskilajistoa (Chironomidae). Tulosten hyvyyttä arvioitiin moderni analogia -tekniikalla ja pääkomponenttianalyysillä. Tulkinnan tueksi ja järven historian, valuma-alueprosessien ja taustatekijöiden ymmärtämiseksi hyödynnettiin usean muuttujan aineistoa. Sedimentin fysikaalisten ominaisuuksien, vesipitoisuuden, hehkutushäviön, magneettisen suskeptibiliteetin sekä spektrofotometrisen väri- ja komponenttianalyysin lisäksi surviaissääskipopulaation rakennetta ja monimuotoisuutta analysoitiin tilastollisin menetelmin rakennettaessa kokonaiskuvaa järven muutoshistoriasta. Ajoitukset tehtiin radiometrisin menetelmin. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että Ellasjøen on ilmastoherkkä järvi, jonka sedimenttiarkistoissa on säilynyt todisteita merkittävistä ympäristönmuutoksista. Yksinkertaistettuna tutkitun sarjan kehitys osoittaa, että Keskiajan lämpimänä kautena olosuhteet olivat vain hieman nykyistä lämpimämmät ja että niitä seurasi lämpenevä trendi aina 1600 -luvun taitteeseen asti. Sen jälkeen kesälämpötila laski kohti Pienen Jääkauden huipentumaa 1740 AD. Tämän jälkeen kesälämpötila on ollut selkeässä nousussa aina nykypäiviin asti, kuitenkaan ylittämättä edeltävien ajanjaksojen keskilämpötiloja. Tuloksista voidaan päätellä, että vuodenaikaisvaihtelut olivat hyvin suuria Pienen Jääkauden aikana, ja niistä on etsittävissä syitä viimeaikaiseen suhteellisen vähäiseen lämpenemiseen. Tulokset sopivat yhteen lähialueilta julkaistun aineiston kanssa ja viittaavat monimutkaisiin ilmakehän, valtameren ja merijään välisiin prosesseihin taustatekijöinä. Tutkimuksen tulokset korostavat paikallisten tarkan resoluution ilmastosarjojen ja kausiluontoisuuden huomioimisen tärkeyttä pyrittäessä saavuttamaan parempi käsitys arktisen ilmaston taustatekijöistä, niiden vaihteluista ja yhteyksistä toisiinsa Pohjois-Atlantin arktisilla alueilla