Rekonstruksjon av flommer i Vossovassdraget de siste tusen år Masteroppgave i geovitenskap Kvartærgeologi og paleoklima Helene Fjellheim Institutt for geovitenskap Universitetet i Bergen Juni 2018 Sammendrag Innsjøsedimenter har vist seg å ha et stort potensiale til å registrere tidligere flomhendelser utover de historiske og instrumentelle arkivene. Sedimentkjerner fra bunnen av Vangsvatnet er derfor i denne oppgaven undersøkt i den hensikt å identifisere flomlag og etablere en flomhistorie for Vossovassdraget. Radiokarbondatering viser at sedimentkjernene dekker flomhendelser over de siste tusen år og dermed gir en god oversikt over flomhendelser under varmeperioden i middelalderen, ‘den lille istid’ og dagens menneskeskapte globale oppvarming. Det er identifisert to distinkte lag med ulik sedimentsignatur, hvorav begge er tolket til å være avsatt av flomhendelser. Flomlagene består av lyse og mørke lag, de kjennetegnes ved henholdsvis høye og lave verdier i kalsium og magnetisk susceptibilitet. Basert på undersøkelser av nedslagsfeltprøver er kildeområdet til de to ulike flomlagene bestemt, og ut fra dette antatt å være avsatt av forskjellige flomtyper. Lyse lag antas å være avsatt av vinter eller vårflom forårsaket av en kombinasjon mellom kraftig regn og snøsmelting. Mørke lag antas å være avsatt av regnflom om høsten. Blydatering av sedimentkjerne VATG316 viser at fem historiske flommer, flommene i 1873, 1950, 1971, 1995 og 2005, kan korreleres til flomlag i kjernen. Ved hjelp av endringsrate og detrending er flomfrekvenskurver etablert basert på variasjoner i tellerater for kalium, kalsium og magnetisk susceptibilitet. Det er funnet tre perioder med økt flomfrekvens i sedimentkjerne VATP216 det siste årtusenet; 850-900 kal. år BP, 200-500 kal. år BP (‘den lille istid’) og 100 kal. år BP frem til i dag. De to første periodene preges av kaldt og vått klima, mens den siste perioden kjennetegnes med høye temperaturer og økt nedbør. Dette tyder på at økt flomfrekvens forekommer både i varme og kalde perioder for denne regionen. Videre kan det se ut til at flomfrekvensen før den moderne oppvarmingen samsvarer med brevariasjoner for kystbreer og at perioder med økt flomfrekvens sammenfaller med brefremstøt for flere breer på Vestlandet, blant annet Jostedalsbreen og Folgefonna. Dette indikerer at flomhendelser på Voss kan kobles til variasjoner i den nordatlantiske oscillasjonen (NAO) og at positiv NAO øker sannsynligheten for flom i denne regionen. Abstract Lake sediments have the potential to register past flood events beyond historical and instrumental archives. In this study, several sediment cores from the bottom of lake Vangsvatnet have been studied to identify flood layers and to reconstruct the flood history for the Voss region. Based on radiocarbon dating the sediment cores capture the last millennium and provide a good overview for flood events during the Medieval Warm Period, the Little Ice Age and current anthropogenic global warming. Two distinct layers were identified with different sediment signatures and are interpreted to be deposited by flood events. These flood layers consist of light and dark layers and are characterized by high and low values for calcium and magnetic susceptibility, respectively. The source area for the flooding events is determined based on analysis of catchment samples. In addition, the catchment analysis indicates two different flooding types. It is suggested that the light layers represent flood events caused by intense rainfall and snowmelt related to winter or spring floods, whereas dark layers represent rainfall floods during the fall. Furthermore, 210Pb dating of sediment core VATG316 assisted in correlating five historic flood events (floods in 1873, 1950, 1971, 1995 and 2005) to flood layers in the core. Rate of change and detrending where used to create flood frequencies based on changes in potassium, calcium and magnetic susceptibility. Three periods of increased flood frequency were identified during the last millennium; 850-900 cal. years BP, 200-500 cal. years BP (Little Ice Age) and 100 cal. years BP until present. The first two periods are characterized with cold and wet climate and the last period is characterized with high temperatures and increased precipitation. Further, it seems like the flood frequency, prior to current global warming, corresponds to oscillations of the glacier front for maritime glaciers. Increased flood frequency coincides with glacier advance for several glaciers at the west coast of Norway, e.g. Jostedalsbreen and Folgefonna. This suggests that flood events in this region is closely related to the North Atlantic Oscillation (NAO) and that positive NAO increases the probability for floods in this region. Forord Først vil jeg takke hovedveileder Jostein Bakke og medveileder Eivind Støren for all hjelp og veiledning i forbindelse med oppgaven. I tillegg vil jeg takke medveileder Atle Nesje for gjennomlesing og gode tilbakemeldinger. Takk til Jostein Bakke, Eivind Støren, og Kristian Vasskog for hjelp med kjernetaking under feltarbeidet sommeren 2016. Vil også takke mine to gode studievenninner Tone og Kine som stilte opp som feltassistenter i jakten på potensielle flomsedimenter i Vossovassdraget. Det må rettes en stor takk til Eivind Støren for uvurderlig hjelp med laboratoriearbeidet og med bearbeiding av resultatene. Takk til Jordan Holl for opplæring og hjelp på sedimentlaben. Takk til Sunniva og Hege for gjennomlesing av oppgaven og gode innspill. Jeg ønsker også å takke Sunniva, Hege og Tone for gode samtaler og nødvendige avbrekk i en ellers så travel studiehverdag. Det hadde ikke vært det samme uten dere. Til slutt ønsker jeg å takke min familie for all støtte gjennom studietiden. En spesiell takk til foreldrene mine, Hans Olav og Ruth Irene, som gledelig har stilt opp på flere av de mange turene til Bergen, og ikke minst med barnepass mot slutten. Takk til tante Linda for pass av Cilia denne våren. Jeg vil rette en stor takk til Stian for tålmodighet og forståelse gjennom studietiden. Selv om avstanden til tider har vært lang de 4 årene jeg tilbrakte i Bergen har du alltid støttet meg. Sist men ikke minst vil jeg takke Cilia som med sitt gode humør har lyst opp studiehverdagen den siste tiden. Juni 2018 Helene Fjellheim INNHOLDSFORTEGNELSE 1 Innledning ........................................................................................................................... 1 2 Introduksjon og områdebeskrivelse .................................................................................... 3 2.1 Hva er flom? ................................................................................................................ 3 2.2 Årsaker til flom ............................................................................................................ 5 2.3 Værfenomener/Klima .................................................................................................. 7 2.4 Sedimentasjon i innsjøer .............................................................................................. 9 2.5 Vossovassdraget ........................................................................................................ 11 2.5.1 Berggrunnsgeologi ............................................................................................. 12 2.5.2 Kvartærgeologi ................................................................................................... 13 2.5.3 Klima/vær ........................................................................................................... 14 2.5.4 Historiske flommer og vannføringsdata ............................................................. 15 3 Metoder ............................................................................................................................. 21 3.1 Feltarbeid ................................................................................................................... 21 3.1.1 Innsamling av prøver fra nedslagsfeltet ............................................................. 21 3.1.2 Dybdemålinger: CHIRP-innsamling .................................................................. 21 3.1.3 Kjernetaking ....................................................................................................... 22 3.2 Laboratoriearbeid ....................................................................................................... 23 3.2.1 Analyser av nedslagsfeltprøver .......................................................................... 23 3.2.2 Røntgen fluoressens (XRF-skanning) ................................................................ 23 3.2.3 Magnetisk susceptibilitet .................................................................................... 25 3.2.4 Miljømagnetisme ................................................................................................ 25 3.2.5 Kornstørrelsesanalyse ......................................................................................... 26 3.2.6 Glødetap og massetetthet ................................................................................... 28 3.2.7 Radiokarbondatering .......................................................................................... 29 3.2.8 Blydatering ......................................................................................................... 30 4 Resultat ............................................................................................................................. 31 4.1 Nedslagsfeltprøver ....................................................................................................