Den Senaste Istiden I Skandinavien
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
SKI Teknisk Rapport 93:44 Den senaste istiden i Skandinavien En modellering av Weichselisen P. Holmlund Oktober 1993 SKi STATENS KÄRNKRAFTINSPEKTION SWEDISH NUCIEAR POWER INSPECTORATE SKI TR 93:44 Den senaste istiden i Skandinavien En modellering av Weichselisen Per Holmlund Naturgeografiska Institutionen Stockholms Universitet Oktober 1993 Denna rapport har gjorts på uppdrag av Statens kärnkraftinspektion, SKI. Slutsatser och åsikter som framförs i rapporten är författarnas egna och behöver inte nödvändigtvis sammanfalla med SKIs. DEN SENASTE ISTIDEN I SKANDINAVIEN En modellering av Wekhselisen Per Holmlund Naturgeografiska institutionen vid Stockholms universitet oktober 1993 INNEHALL Sammanfattning 1 Summary 2 1. Inledning 4 2. Tidigare arbeten 6 1. Historik 6 2. Glaciologiska arbeten 8 3. Istidsmodeller 9 3. Klimatutvecklingen under kvartar 13 4. Inlandsisars morfologi 16 1. Massbalans 16 2. Temperaturförhållanden i isar 19 3. Glaciärers omsättningstid 21 4. Responstid 23 5. Dränering av smältvatten i och under isar 24 6. Shelfisar och isbräckor 27 7. Isströmmar 28 5. Basala förhållanden och glacialt präglade landformer 29 6. Modellen 30 7. Resultat av modelleringen 36 1. Deglaciationen och Yngre Dryas 36 2. Ytterlighetstester 38 -temperaturen vid bottnen 38 -behövs en klimatsignal för att ge ett stillestånd vid Yngre Dryaslinjen? 39 -förändringar i isens viskositet 40 3. Modellering av Weichselnedisningen 42 8. Diskussion 44 -glaciationsförloppet 44 -deglaciationsförloppet 45 -övriga synpunkter 46 9. Slutsats 47 10. Acknowledgement 48 11. Referenser 49 Bilagor: 1. Hur is deformeras 2. Temperaturfördelningen i en is 3. The model (by dr. James Fastook) Sammanfattning En tidsberoende modell har utnyttjats för att rekonstruera den senste nedisningens omfattning och basala förhållanden i Skandinavien och främst Sverige. Modellen har kalibrerats mot geologiska data och därefter styrts av temperaturdata från borrkärnor som tagits upp vid Camp Century och Summit på Grönland. Resultaten visar att fjällkedjan var istäckt under drygt 100 000 år. Under nedisningens mellersta fas fluktuerade inlandsisens front kring en linje i närheten av den Mellansvenska israndzonen. Den avslutande maximala utbredningen nåddes ca 20 000 BP. Efter 14 500 BP skedde en snabb reträtt, vilken avbröts av kallperioden Yngre Dryas. Den glacialdynamiska reaktionen på denna händelse är komplex och mycket svår att rekonstruera. En stor inlandsis har en avsevärd fördröjning i sin reaktion på klimatsignaler. Den dynamiska reaktionen på kallperioden borde således ligga förskjuten framåt i tiden. Modelleringsförsöken visade att isen, under större delen av istiden inte hade någon enhetlig basal temperaturfördelning. Återupprepade försök gav vid handen att de områden där isen var frusen vid sitt underlag sammanfaller grovt med områden som idag ligger över 100 m ö h. I lägre partier var isen bottensmältande. I djupa partier av Bottenhavet och Östersjön antogs den basala glidningen vara särskilt hög. Detta antagande gjordes för att simulera en deformation i underliggande sediment, samt kalvning av isberg. Den styrande variabeln i modellen är temperaturen, tolkad från de grönländska iskämorna. Dessa data utgör för närvarande det bästa och mest detaljerade utgångsmaterialet för att upprätta en temperaturkurva som sträcker sig över den senaste istiden. Men de öppnar också frågan hur väl klimatet uppe på den grönländska inlandsisen beskriver klimatet i Sverige. Motivet till arbetets genomförande var att framställa en enkel modell som utöver andra relevanta undersökningar skulle kunna ligga till grund för bedömningar av kommande förslag om plats för ett slutförvar av högaktivt kärnavfall. Modelleringsarbetet berör därför främst Sverige och de svenska förållandena under den senaste nedisningen, dvs Weichsel. Summary The model presented in this report is used to study the evolution of the Weichselian Ice Sheet. The project was sponsored by the Swedish Nuclear Power Inspectorate (SKI). Special interest was focused on basal conditions during the last glaciation and the aim of the study is to provide information to the SKI for their efforts in forming an opinion of where to build a repository for used nuclear fuel. The model is time-dependent and based on a finite-element method solution of the continuity equation. The climatic records from the Camp Century and the Summit ice cores are used for climatic control and the model is calibrated using geological evidence on the deglaciation of Scandinavia. The model and the physics used in this model is described by Fastook (Bilaga 3), Fastook & Holmlund (1993) and Fastook & Prentice (1993). The calibration and handling of geological data is described by Holmlund & Fastook (1993). Modeling results Weichsel I was a mountain centered glaciation, while Weichsel II had an extent similar to the Younger Dryas stand. Weichsel I is initiated as a few small ice caps in southern Norway about 112 000 BP. Around 110 000 BP an ice sheet forms, covering most of the Scandinavian mountain range. Shortly thereafter the ice sheet retreats and is divided into one northern and one southern ice cap. This configuration lasts for 10 000 years and corresponds to the isotope stage 5c and the Brorup interstadial. At 99 000 BP the two ice caps join and a single, elongated dome is formed. The ice begins to advance in the northeastern part. At 97 000 BP it reaches the Kola peninsula and at 91 000 BP, the Gulf of Bothnia. After a maximum at 90 000 BP a considerable retreat begins, reaching a minimum at 82 000 BP, refered to as istope stage 5a or the Odderade interstadial. The ice sheet is now only covering the mountain area. The next phase of the glaciation begins at 78 000 BP and is characterized by substatial growth. After 1000 years of growth it reaches the Kola peninsula and the Gulf of Bothnia. Åland is ice-covered at 72 000 BP and all of Finland is ice-covered at 65 000 BP. By 61 000 BP the margin reaches a still stand in Lithuania. Large parts of southern Sweden are then ice-covered. The last stage of the Weichselian begins at 37 000 BP with a major advance. About 30 000 BP the ice front reaches northern Germany. The maximum extent occurs about 20 000 BP. The deglaciation begins around 14 500 BP and all ice is gone at 8 000 BP. Conclusions The changes in the extent of the inland ice is controlled by the average temperature and short term anomalies in temperature. The expansion in Weichsel III from the Weichsel II stage was primarily due to frequent short term cold events. There was a small difference in mean temperature between Weichsel II and Weichsel III. We assume that the ice, covering what today is the Baltic Sea and the Gulf of Bothnia, was at the pressure melting point at its base, all through the glaciation. In the Baltic Sea the ice may have been frozen to its bed during the initial stage of the glaciation but became thawed when the ice sheet grew thick enough. Accepting these initial conditions leads to the conclusion that the ice cap probably was drained by a "Baltic Ice Stream1' (Boulton et al., 1985; Holmlund & Fastook, 1993; Lundquist, 1987; Torell, 1873). The fact that the ice stream turned west in the southern part of the Baltic is probably due to more favorable basal conditions and higher melt rates towards the west. When the warmer post glacial climate began the low profile of the Baltic Ice Stream resulted in high ablation rates. It melted off quickly up to the Åland archipelago. The islands Gotland and Öland do not seem to have been major obstacles for the ice flow. Åland, on the other hand, must have been an important obstacle. If not, the ice sheet would have been drained more rapidly, leaving one major dome in Sweden and a minor one in Finland. In addition, the climatic Younger Dryas event did not have great influence on the deglaciation of the interior of the ice sheet, as the interior had already been drained by downdraw effects (Hughes, 1987). As the island of Åland becomes ice free the ice stream from the Gulf of Bothnia is reactivated and the draining of the interior of the remaining ice sheet proceeds quickly. Den senaste Istiden i Skandinavien En modellering av Weichselisen 1. Inledning Målsättningen med detta arbete har varit att framställa en rimlig modell för den senaste istidens förlopp, med särskilt avseende på de basala förhållandena. Resultaten är tänkta att kunna utgöra en del av underlaget till beslut om placeringen av ett framtida slutförvar för högaktivt kärnavfall. Arbetet är därför koncentrerat till de svenska förhållandena. Övriga områden såsom Baltikum, Finland och Norge berörs endast summariskt. En strikt teoretisk modell skulle i det här fallet vara en fysikalisk modell för en inlandsis, vars massbalans styrs av exempelvis lufttemperaturen. En sådan förutsättningslös modell blir mycket komplicerad när den ska anpassas till verkligheten. Kvalitén på data och mängden data rörande vårt forna klimat är inte tillräckligt bra för att ett objektivt resultat ska kunna nås. Data måste värderas och bedömas efter vad vi tror är korrekt. Den andra ytterligheten är den rent empiriska modellen som enbart bygger på insamlade fältdata. Isen rekonstrueras från de spår som inlandsisen lämnade när den formade vårt landskap. En sådan modell är ännu svårare att göra objektiv. Observationer måste värderas gentemot varandra och vi kommer att styras av vad vi tror är riktigt. Dessutom möter detta angreppssätt i regel stort motstånd när förloppen ska förklaras fysikaliskt. En god modell måste vara ett mellanting av dessa ytterligheter, med ett väl avvägt förhållande mellan empiri och teori. Antaganden och generaliseringar måste göras och dessa måste vägas in vid en bedömning av resultaten. Modelleringsarbetena har i huvudsak genomförts vid universitetet i Maine, USA, där min kollega dr James Fastook tjänstgör vid Department for Computer Science. Vi fastställde först fysikaliska parametrar i den all mana flytlagen för is. Sedan upprättade vi ett troligt klimatscenario för deglaciationsfasen av Weichsel, varpå modelleringsarbetet kunde påbörjas.