Klimaarkivet Kangerlussuaq

Opsamling af korte Box-kerner fra Porsild i juni 2008Formål

Dette projekt handler om Kangerlussuaq (Sdr. Strømfjord) i Vestgrønland. De primære formål med projektet er

  1. at klarlægge de nuværende hydrografiske, økologiske og sedimentologiske forhold i fjorden,
  2. at beskrive fortidens sedimentologiske forhold, og
  3. at kombinere disse oplysninger til at skabe et detaljeret Holocænt kli­maarkiv for Vestgrønland med særlig høj tidsopløsning for de seneste ca. 1000 år.

Projektet udføres som et tværfagligt samarbejde med det formål at opnå en forståelse af samspillet mellem de forskellige fysiske, kemi­ske, biologiske og geologiske processer, som betinger forholdene i fjorden. Ved at sammenholde denne viden med data fra sedimentkerner fra fjorden får vi et enestående værktøj til beskrivelse af klimavariationerne i Grønland i den periode, som sedimentkernerne omfatter.

Baggrund

Studier af fortidens klimavariationer foretages ofte vha. sedimentkerner, hvori fordelingen af sedimentologiske karakteristika samt forekomsten af fossil flora og fauna spiller centrale roller. Sådanne studier har kastet lys over hurtige og store klimavariationer i Holocæn som f.eks. Mid­delalderens Varmeperiode og Den Lille Istid. For at opnå optimalt udbytte af data fra sedimentkerner kræves det, at man har et godt forhåndskendskab til de processer, som har ført til dannelsen af lagserien på det givne sted. I mange tilfælde er dette forhåndskendskab imidlertid af tvivlsom karakter, hvil­ket medfører en tilsvarende usikkerhed omkring resultaternes tolkning og anvendelighed.

Udstrømmende smeltevand og finkornet sediment ved SarfartoqI 2005 og 2006 har vi gennemført nogle indledende undersøgelser af de nuværende hydrografiske og sedimen­tologiske forhold i Kangerlussuaq. Resultaterne af disse undersøgelser tegner et billede af en fjord, som er fantastisk velegnet til en række tværfaglige studier med fokus på klimavariationer. Undersøgelserne afslørede, at en meget stor del af fjordens indre, dybe del be­står af en næsten homogen vandmasse, som dannes om vinteren i forbindelse med afkøling og islægning. End­videre viste undersøgelserne, at der er en kraftig tidevandsgenereret blanding i den ydre, lavvandede del. På baggrund af dette, samt det forhold at smeltevandsafstrømningen om sommeren afskærer den dybe, homogene vandmasse fra blanding med andre vandmasser, er de hydrografiske forhold i den indre del i praksis afkoblet fra forholdene langs den vestgrønlandske kyst. Dette betyder, at forholdene i den indre, dybe del af Kangerlussuaq udelukkende er bestemt af de lokale meteorologiske forhold via afkøling og islægning om vinte­ren og afstrømning af smeltevand om sommeren. Dette er meget usædvanligt for fjorde, fordi disse er dannet ved glacial erosion og derfor normalt har en forholdsvis kort forbindelse til havet.


Såkaldt Red Tide, dvs. en kraftig algeopblomstring, i august 2007Pga. den nære kobling med hydrografien er de økologiske og sedimentologiske forhold i fjorden ligeledes tæt knyttet til de meteorologiske forhold. Smeltevandet fra iskapperne transporterer store mængder finkornet sedi­ment, som flokkulerer og sedimenterer hurtigt inderst i fjorden. Her skulle sedimentationsraten ifølge lokale kilder være flere centimeter pr. år, hvilket resulterer i tykke sedimentlag og en komplet lagserie. Den kraftige lagdeling i vandsøjlen om sommeren bestemmer endvidere tilgængeligheden af næringssalte i den fotiske zone, og det relative styrkeforhold mellem tilførslen af ferskvand og blandingen fra vind og interne bølger (genereret af tidevandet) er derfor bestemmende for den biologiske produktion og hermed også fordelingen af foraminife­rer. Ligeledes har de kemiske processer, som forventes at være ganske særlige pga. afkølingen og islægningen om vinteren, stor indflydelse på forholdene i vandmasserne og i sedimentet. Både de økologiske og de sedi­mentologiske forhold har en meget klar årstidsvariation, idet sedimentationen eksempelvis aftager meget i vin­terhalvåret. Disse årstidsvariationer forventes at kunne aflæses tydeligt i sedimentet, specielt i den inderste del af fjorden. De store forskelle i sedimentationsrater gennem den indre, dybe del af fjorden giver mulighed for at opsamle både kerner, som dækker det meste af Holocæn, og kerner med høj tidsopløsning, som dækker kortere tidsrum, formodentligt op til ca. 1000 år.

Bestemmelse af sedimentets faldhastighed vha. settling tubeDen tætte kobling mellem de lokale meteorologiske forhold og de hydrografiske, økologiske og sedimentolo­giske forhold giver således en enestående mulighed for at skabe en klar forbindelse fra sedimentkernedata til viden om fortidens klimavariationer. Dermed håber vi at kunne etablere et klimaarkiv for Grønland, som er sammenligneligt med f.eks. sedimentkerner fra Nansen-fjorden, havis omkring Island og dele af iskernestudier. Pga. de specielle forhold i Kangerlussuaq forventer vi at opnå et datasæt af særlig høj kvalitet, dels til beskrivelse og forståelse af klimavariationer i forti­den, dels til belysning af hvordan fremtidige klimavariationer eventuelt vil slå igennem i Grønland.







Metode

Arbejdet gennemføres i form af en række delprojekter, som hver især belyser de forskellige faglige aspekter, og som bidrager til en samlet systembeskrivelse og opbygning af klimaarkivet. De i alt 10 delprojekter (i det føl­gende forkortet DP) er som følger (primære forskere nævnt i parentes, jævnfør nedenfor).

1. Seismisk kortlægning af havbunden (HLA, DR). Denne foretages med et såkaldt “boomer”-system, som under gode betingelser leverer billeder med en høj vertikal detaljeringsgrad af lagfølgerne til dybder ned til 50–100 m under fjordbunden. Formålet hermed er at få indblik i aflejringernes indre strukturer, således at positioner for prøvetagning kan vælges optimalt.
2. Vandmasser, strømninger og blanding (MHN, LLH). De hydrografiske forhold, som er influeret af tidevand, ferskvandsafstrømning, afkøling og islægning, bestemmes vha. en CTD-sonde (Conductivity, Tem­perature, Depth) og en ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler). Desuden anvendes ADCP og flere mini-CTD’er til undersøgelse af generering, udbredelse og brydning af interne bølger og deres indvirkning på bland­ing af vandmasserne.
3. Lys, næringssalte og fytoplankton (LLH). Spetralfordelingen af lys og tilgængeligheden af uorganiske næringssalte undersøges som funktion af afstrømningen af smeltevand og finkornet sediment. Samtidigt bestemmes variationen af primærproduktionen i vertikal og horizontal retning gennem fjorden.
4. Plankton-dynamik, biomasse og produktion (MOH, IND). En forståelse af den organiske stofdynamik i fjorden kræver en karakteristik af planktonsystemerne, hvor diversitet og biomassefordeling på de vigtigste trofiske niveauer indgår, opnået ved vertikale og dybdeintegrerede distributionsanalyser. Fra udvalgte stationer fås integrerede prøver i størrelsesfraktioner. På få stationer foretages også produktionsmålinger og detaljeret vertikal planktonfordeling dag og nat.
5. Kemiske forhold i is, vand og sediment (MHN, SR). Der foretages målinger af oxygen, CO2, pH-værdi mv. med henblik på undersøgelse af dels de kemiske forhold i sedimentet og i den dybtliggende vandmasse, dels udvekslingen mellem atmosfæren og vandsøjlen i forbindelse med afkøling og islægning.
6. Variation i klima og miljø – mikropalæontologi (KLK, DR, TJA). Materiale fra sedimentkerner og over-fladeprøver analyseres for indhold af foraminiferer og for kalkskallernes stabil isotop-sammensætning. En kro-nologi bygges på  210Pb- og 14C-dateringer samt Optisk Stimuleret Luminisens (OSL). Det moderne kalibreringsdatasæt udbygges til tolkning af ændringer i klima og miljø i området gennem tiden.
7. Afstrømning af smeltevand og finkornet sediment (BH). Vandstand, vandføring og sedimentkoncentration bestemmes i tærskelområdet i Watson River ved udløbet i fjorden. Derefter opstilles en såkaldt Q,H-relation, som bruges til beregning af vandføringen og sedimenttransporten. 
8. Flokkulering og sedimentation af finkornet sediment (MP, TJA). Når ferskvandet blandes med salt-vand, flokkulerer det finkornede, glaciofluviale sediment, og dets faldhastighed forøges dramatisk. Størrelses-fordelingen af sedimentflokke og deres in situ faldhastighed bestemmes vha. en LISST-100 laserdiffraktions-måler. Sedimentdynamikken beskrives vha. modellering. 
9. Variation af havniveauet i Holocæn (NF, MHN). På basis af litteraturstudier bestemmes de eustatiske og iso-statiske variationer af havniveauet, og der foretages supplerende undersøgelser i fjeldene omkring Kanger-lussuaq. Til bestemmelse af fjordens volumen i tidligere tider anvendes endvidere data fra land-seismiske undersøgelser, som blev gennemført for et par år siden. 
10. Hydrografisk, økologisk og sedimentologisk modellering (alle). Resultaterne fra en række af de andre delprojekter sammenholdes og anvendes til etablering af et modelkompleks. De drivende kræfter beskrives vha. oplysninger i litteraturen.

På vej mod første station på isen i marts 2008

Profilmåling af salt og temperatur vha. en CTD i marts 2008

Forskningsskibet Porsild fra Arktisk Station i Qeqertarsuaq

Feltarbejde

Hidtil har vi gennemført feltarbejde i flere omgange som følger.

  • Hydrografi, optik og økologi med skibet Navarana, august 2007 
  • Hydrografi, optik, næringssalte samt indledende undersøgelser af isalger med assistance fra Greenland Nature Service, marts 2008
  • Seismik, indsamling af korte sedimentkerner, hydrografi, optik og økologi med skibet Porsild (Arktisk Station, Qeqertarsuaq), juni 2008
  • Marine aflejringer på land, med assistance fra Greenland Nature Service, juli 2008
  • Hydrografi, optik og økologi med skibet Vega, august 2008 

I løbet af 2009 skal de lange sedimentkerner indsamles. Hvornår denne del af arbejdet gennemføres, afhænger til dels af eventuelle fremtidige bevillinger til projektet.

Projektdeltagere

Indsamling af zooplankton vha. WP2-net i juni 2008I projektet deltager følgende personer.

Morten Holtegaard Nielsen, Center for Arktisk Teknologi, DTU Byg, Lyngby
Holger Lykke-Andersen (HLA), Geologisk Institut, Aarhus Universitet
Lars Chresten Lund-Hansen (LLH), Biologisk Institut, Aarhus Universitet
Søren Rysgaard (SR), Pinngortitaleriffik – Grønlands Naturinstitut, Nuuk
Karen Luise Knudsen (KLK), Geologisk Institut, Aarhus Universitet
Dorthe Reng Erbs-Hansen (DR), Geologisk Institut, Aarhus Universitet
Bent Hasholt (BH), Institut for Geografi og Geologi, Københavns Universitet
Morten Pejrup (MP), Institut for Geografi og Geologi, Københavns Universitet
Thorbjørn Joest Andersen (TJA), Institut for Geografi og Geologi, Københavns Universitet
Niels Foged (NF), DTU Byg, Lyngby
Ingela Dahllöf (IND), Afdelingen for Marin Økologi, Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet
Morten Hjorth (MOH), Afdelingen for Marin Økologi, Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet

Dertil kommer studerende ved ovennævnte institutioner. Interesserede studerende, som ønsker at deltage i arbejdet, er meget velkomne til at henvende sig.




Watson River ved udløbet i Kangerlussuaq

Interne bølger samt masser af finkornet sediment i det brakke overfladelag i Kangerlussuaq i juli 2008

Samarbejde med andre projekter

Projektet er støttet økonomisk af Kommissionen for Videnskabelige Undersøgelser i Grønland (KVUG) og er et af de danske bidrag til det Internationale Polarår (IPY). Projektet foregår i samarbejde med en række andre projekter, bl.a. “Quantification and modeling of landscape forming processes in an Ice Sheet to Fiord system”, som også er støttet af KVUG, samt “En undersøgelse af et jøkelløbs påvirkning af strømlejet og det omkringliggende landskab, Kangerlussuaq, Søndre Strømfjord, Grønland”, støttet af Forskningsrådet for Natur og Univers (FNU). Begge de nævnte projekter ledes af Bent Hasholt, KU.

Publikationer

En af de mange gletschere fra Sukkertoppen Iskappe

Nielsen, M. H., D. R. Erbs-Hansen, K. L. Knudsen. Water masses in Kangerlussuaq, a large fjord in West Greenland: the processes of formation and the associated foraminiferal fauna. Trykkes snart i Polar Research.

Lund-Hansen, L., T. J. Andersen, M. H. Nielsen, M. Pejrup. Attenuation, absorption, scattering, and high reflectance in the glacio-marine Kangerlussuaq Fjord, West Greenland. Indsendt til Estuarine Coastal and Shelf Science.

Nielsen, M. H., L. C. Lund-Hansen, D. R. Erbs-Hansen, T. J. Andersen. Klimaets fodspor i mudderet. Aktuel Naturvidenskab, side 8–11, nr. 5, 2008.

Kontakt

Morten Holtegaard Nielsen
Center for Arktisk Teknologi
Institut for Byggeri og Anlæg
Danmarks Tekniske Universitet
Kemitorvet, Bygning 204
2800 Kgs. Lyngby
Tlf.: 4525 2263
E-mail: mhn@byg.dtu.dk