Förändringar i västra Yoldiahavets vattenmiljö under trettioett år

Transkript

1 Institutionen för naturgeografi och kvartärgeologi Förändringar i västra Yoldiahavets vattenmiljö under trettioett år En studie av fossil från ostracoder, mollusker och foraminiferer från Myssjaren, östra Mellansverige Tom Halldén Examensarbete grundnivå Kvartärgeologi, 15 hp KG

2

3 Förord Denna uppsats utgör Tom Halldéns examensarbete i Kvartärgeologi på grundnivå vid Institutionen för naturgeografi och kvartärgeologi, Stockholms universitet. Examensarbetet omfattar 15 högskolepoäng (ca 10 veckors heltidsstudier). Handledare har varit Stefan Wastegård, Institutionen för naturgeografi och kvartärgeologi, Stockholms universitet. Examinator för examensarbetet har varit Jan Risberg, Institutionen för naturgeografi och kvartärgeologi, Stockholms universitet. Författaren är ensam ansvarig för uppsatsens innehåll. Stockholm, den 10 juni 2013 Lars-Ove Westerberg Studierektor

4

5 FÖRÄNDRINGAR I VÄSTRA YOLDIAHAVETS VATTENMILJÖ UNDER TRETTIOETT ÅR: EN STUDIE AV FOSSIL FRÅN OSTRACODER, Abstrakt MOLLUSKER OCH FORAMINIFERER FRÅN MYSSJAREN, ÖSTRA MELLANSVERIGE. Tom Halldén I denna studie undersöks hur vattenmiljön förändrades i ett område av västra Yoldiahavet, idag sjön Myssjaren i östra Mellansverige. Syftet med undersökningen har varit att återskapa hur vattnets salthalt förändrades i området genom att studera förekomsten av fossil från saltvattenkrävande bentisk kalkskalsfauna i lera från perioden. Fossil hittades från sju år, lervarvsår BP, av den 31 år långa period, lervarvsår BP, som har undersökts. Utifrån fossilförekomsten kunde det konstateras att vattnet var bräckt under dessa sju år. Eftersom att fossil inte hittades från tidigare och senare perioder Därför är det möjligt att vattnet var bräckt både före och efter denna period. Det som begränsade de undersökta arternas utbredning i området var halten suspenderat sediment i vattnet. Det var en konsekvens av att mycket sediment transporterades till området i och med att området befann sig mellan två större utlopp av glacialt smältvatten. Därför har denna studie, förutom att konstatera att vattnet var bräckt under den undersökta perioden, även visat en succession av arter i Yoldiahavet. I studien identifieras också en 4 år lång kallperiod som varade mellan lervarvsår BP. Vid lervarvsår BP börjar iskanten att avancera, troligen som ett resultat av denna kallperiod, vilket slutligen leder till att de undersökta arterna upphör att förekomma i leran. Introduktion Yoldiahavet var ett kort men mycket dynamiskt stadium av Östersjöns utveckling och den första gången som saltvatten från Atlanten kunde ta sig in i Östersjöbassängen efter den senaste deglaciationen (Björck, 1995). Trots detta har relativt lite forskning gjorts om när detta saltvatten nådde olika delar av Yoldiahavet. En av dem som har studerat Yoldiahavet i modern tid är Kristian Schoning (1997,1999, 2001). Han har rekonstruerat vattnets salthalt under denna period genom att studera förändringar av artfördelningen hos saltvattenkrävande bentisk kalkskalsfauna. 1

6 Tom Halldén Syftet med denna studie har varit att arbeta vidare på Schonings forskning genom att på samma sätt rekonstruera hur salthalten förändrades i ett område av västra Yoldiahavet, numera sjön Myssjaren i östra Mellansverige, se figur 1. Definitioner För att göra detta arbete mer läsbart har vissa omdefinitioner samt nya definitioner används: Art/ostracoder/foraminiferer/mollusker/etc.: När förekomsten av arter diskuteras i denna uppsats syftar det enbart på de arter som har studerats, det vill säga de som har lämnat fossil efter sig som är tillräckligt stora för att studera. Självfallet är t.ex. miljön nära iskanten inte helt fritt från organismer bara för att inga fossil hittades i sedimenten. Sand: I denna studie syftar sand på korn med en kornstorlek på mm, till skillnad från den normala definitionen på 0,06-2 mm. År vy BP: Detta är en förkortning för antal lervarvsår BP, t.ex vy BP. Elphidium albiumbilicatum är en äldre benämning och är numer synonymt med Cribroelphidium albiumbilicatum, men för att underlätta jämförelser med bland annat Schonings studier används den äldre benämningen. Bakgrund Om Yoldiahavet Yoldiastadiet inleddes för ca år sedan i och med tappningen av den Baltiska issjön, Östersjöns föregående stadium. Tappningen orsakades av att inlandsisen dragit sig tillbaka från berget Billingen i Västergötland (Schoning, 2001, Andrén et al., 2007) och därmed blottade det mer låglänta området norr om Västergötlands platåberg. Efter denna katastrofala tappning sänktes Östersjöns vattennivå till havsnivå. (Andrén et al., 2002, 2007, Brunnberg, 1995, Schoning, 1999) Det skapades då en förbindelse mellan Östersjöbassängen och Skagerrak genom sund i Mellansverige och det är denna förbindelse som definierar Yoldiahavet (Andrén et al., 2007, Schoning, 1995, 2001). Yoldiahavet varade i ca 900 år (Brenner, 2004) men trots förbindelsen med Atlanten och att Yoldiahavet kallas för ett hav hade det bara en kort bräckt fas under ca år vilken inleddes ungefär 300 år efter tappningen av den Baltiska issjön (Andrén et al., 2002, Schoning, 2001). Under dess inledande och avslutande del var dess vatten sött (Andrén et al., 2007, Schoning, 1999, 2001). Yoldiahavet är namngett efter den marina musslan Portlandia arctica, tidigare Yoldia arctica. Upptäckten av denna mollusk i varvig lera från Mälardalen var det första beviset för Yoldiahavets existens (Schoning, 2001). Anledningen till att den bräckta fasen inte började direkt efter tappningen av den Baltiska issjön var att de sund som först blottats norr om Billingen var för grunda och smala för saltvattnet att ta sig igenom. Det var först när inlandsisen dragit sig tillbaka tillräckligt långt för att blotta det breda och djupa Närkesundet som saltvattnet hade 2

7 FÖRÄNDRINGAR I VÄSTRA YOLDIAHAVETS VATTENMILJÖ UNDER TRETTIOETT ÅR möjlighet att ta sig in i Östersjöbassängen i någon större omfattning (Andrén et al., 2007, Schoning, 1999, 2001). Björck et al. (2001) identifierade dock med hjälp av fossil från Portlandia arctica en mindre saltvatteninträngning innan Närkesundets öppnande, det varade i år och nådde inte längre än till Vättern. Denna mindre saltvatteninträngning skedde genom två mindre sund nordväst om Vättern (Björck, 2001). Även efter öppnande av Närkesundet tog det år innan Yoldiahavets bräckta fas började. Det finns flera teorier varför det var så (Björck, 1995). Den mest troliga är att det krävdes en minskning av mängden smältvatten, orsakad av en tillfällig temperatursänkning, innan saltvattnet kunde ta sig in genom sundet (Andrén et al., 2007, Brunnberg, 1995, Schoning, 2001). Saltvattnet anlände troligen i pulser (Brunnberg, 1995) och inte till alla områden samtidigt eftersom det tog tid för saltvattnet att spridas utmed Yoldiahavets botten (Andrén et al., 2002). Slutet på den bräckta fasen kom när den isostatiska landhöjningen orsakade att sunden blev för grunda för saltvattnet att ta sig igenom (Björck, 1995, Schoning, 1997, 2001). Havet fortsatte dock vara bräckt en tid efter det, (Andrén et al., 2007, Schoning, 1999) ju längre från Närkesundet desto längre tycks den bräckta fasen ha varat (Andrén et al., 2007). Landhöjningen fortsatte att göra sunden grundare tills de slutligen för ca år sedan reste sig över havsnivån och började då dämma upp Östersjön (Andrén et al., 2002). Denna händelse markerar slutet på Yoldiahavet och början på Ancylussjön, nästa stadie av Östersjöns utveckling (Andrén et al., 2007, Brenner, 2004, Björck, 1995, Schoning, 1999). Tillsammans med saltvattnet immigrerade en marin fauna in i Yoldiahavet (Brunnberg, 1995, Schoning, 2001). Fauna var mycket artfattig vilket beror på svåra förhållandena med kallt vatten, hög ackumulationshastighet samt en låg och fluktuerande salthalt (Schoning, 1999, 2001). Dessa organismers utbredning reflekterar den stora variationen hos Yoldiahavets vatten. De trivdes bäst nära Atlanten och Vänerbassängen i väster och så långt bort från den retirerande iskanten i norr som möjligt (Schoning et al., 2001). Detta eftersom att ju längre västerut och längre bort från iskanten desto varmare och saltare var vattnet (Schoning, 2001, Wastegård, 1995). En anledning att den marina faunan ogillade den isnära miljön var att ju närmare den desto större blev variationerna av salthalten och halten suspenderat sediment i vattnet ökade (Schoning, 2001). Med tiden skedde dessutom en stor förändring av vattenpelaren på grund av omblandning av vinden. Den gick från att var stratifierad, med salt bottenvatten och sött ytvatten, till att bli en homogen bräckt vattenmassa (Andrén et al., 2007, Schoning, 2001). Vattenpelaren fortsatte dock vara stratifierad närmare iskanten, där nytt smältvatten hela tiden producerades. Sötvattnet flöt då ovanpå det tyngre bräckta vattnet tills vinden blandat det med det bräcka vattnet (Schoning, 2001). Om ostracoder, foraminiferer och mollusker Den typ av kalkskalsfaunan som har studerats i denna studie är ostracoder, foraminiferer och mollusker. Dessa är främst bentiska organismer, deras artfördelning avspeglar därmed salthalten hos bottenvattnet (Stefan Wastegård, pers. komm., 2013). Ostracoder är en klass inom kräftdjuren och är vanligtvis mm stora, även om vissa kan bli upp till 30 mm. Det finns identifierade arter av vilka är nu 3

8 Tom Halldén levande och spridda över hela världen (Brusca & Brusca, 2003). De är en av de vanligaste organismerna i Östersjön idag (Modig et al., 2000). De går igenom åtta stadium innan de blir vuxna och vid slutet vid varje stadium ömsar de sitt skal som förblir intakt. Genom att studera proportionen fossil från vuxna individer mot de från unga individer kan man få information om depositionsområdets energinivå och om sedimenten har omlagrats (Schoning, 1999). Foraminiferer är en understam inom amöbadjuren. De är encelliga och lever nästan uteslutande i bräckt och salt vatten. Foraminiferer bildar skal av ett av tre olika material, antingen organiskt material, agglutinerade ( sammanklistrade ) partiklar eller kalk (Brusca & Brusca, 2003). Det är framförallt kalkskaliga foraminiferer man kan hitta som fossil (Stefan Wastegård, pers. komm., 2013) och därmed de som kommer att användas i den här studien. Mollusker är en djurstam som inkluderar bland annat musslor, sniglar, bläckfiskar och snäckor. Man har identifierat över omkring olika arter varav lever idag (Brusca & Brusca, 2003). Yoldiahavets varviga lera En stor del av sedimenten i Yoldiahavet består av varvig lera. Det är ett sediment med ljusa sommarband huvudsakligen bestående av silt och mörka vinterband huvudsakligen bestående av lera. På grund av detta är den ofta mycket lätt att datera, eftersom när datumet för ett varv är känt kan de andra dateras genom att räkna antalet varv från det med känd ålder, i och med att varje varv motsvarar ett år. Varven orsakas av att inlandsisens smältvatten transporterar grövre sediment under sommarens smältperiod och under vintern blev vattnet istället lugnt nog för leran att avlagras (Brunnberg, 1995). Formationen av varvig lera underlättas när man har en stratifierad vattenpelare (Schoning, 2011). Yoldiahavets bräckta stadium kan identifieras genom att det ofta sker en förändring av den varviga leran. Från att ha gråa varv med tydliga gränser övergår varven till att bli mer rödaktiga med mer diffusa gränser (Andrén et al., 2002, Brunnberg, 1995, Schoning, 1995, 1999). Svenska tidsskalan För att datera sedimenten från Myssjaren har en lervarvskronologi kallad den Svenska tidsskalan använts. Den presenterades för första gången 1910 av Gerard de Geer vid den internationella geologkongressen. Den har senare förbättrats av ett flertal forskare, bland annat De Geers student Carl Caldenius, och har nu en koppling till nutiden (Brunnberg, 1995, Cato, 1987) Det förfaller dock som att år saknas någonstans i den holocena delen av tidsskalan vilket resulterar i att den ger för ung ålder i jämförelse med kalenderår (Björck, 2001, Schoning, 2001). Studieområdet Myssjaren är en 0.26 km 2 stor sjö strax väster om Åkers Styckebruk i östra Sörmland. Dess koordinater är: lat '09''N, long '22''Ö. Sjön fyller en sänka belägen 37,5 meter över havet och omges till största delen av barrskog. Den omges av kärrtorv och morän (SGU). Rullstensåsar är belägna 1,4 km 4

9 FÖRÄNDRINGAR I VÄSTRA YOLDIAHAVETS VATTENMILJÖ UNDER TRETTIOETT ÅR öster och 2,3 km väster om sjön. Området deglacierades år innan som saltvatteninträngningen, (Schoning, 2001), för ca lervarvsår sedan (Brunnberg, 1995). Metod Förändringar av salthalten i området har rekonstruerats genom att analysera hur artfördelningen av saltkänslig kalkskalsfauna förändrats över tid. Genom att utgå från vilka levnadsmiljöer arterna lever i idag kan förändringar i vattenmiljön återskapas. Två parallella serier sedimentkärnor med 50 cm överlapp togs från mitten av Myssjaren med hjälp av ryssborr. Kärnorna hade en längd på en meter och en diameter på 5 centimeter. Dessa togs sedan till ett laboratorium för att undersökas. Där räknades antalet varv och deras mäktighet mättes med hjälp av linjal. Varvserien daterades med hjälp av den Svenska tidsskalan, se under bakgrund. Efter detta togs prov av varje varv, förutom i de fall då varven var relativt tunna då proven istället kunde innehålla 2-3 varv. När det gäller den homogena leran togs istället prov med jämna mellanrum, oftast kontinuerliga prover på 10 eller 7,5 cm. Proverna torkades i 105 C, sedan löstes upp i 20-25% H 2 O 2 och slutligen våtsiktades genom två silar med maskvidd på 1,0 respektive 0,1 mm. Resterna från siktningen torkades i 60 C och genomsöktes efter fossil med hjälp av en stereolupp. Fossilen identifierades genom att använda SEM-bilder från Schoning (1997), se appendix 3, samt med hjälp från professor Stefan Wastegård från Stockholms universitet. Antalet foraminiferer och ostracoder redovisas som antal skal per 100 g, antalet mollusker redovisas som relativ förekomst. Denna metodik är mycket lik den som använts av Schoning (1997, 2001), vilket är ett medvetet val för att utesluta olika metodik som orsak till eventuella skillnader. Resultat Lervarvsmätning 24 varv uppmättes i två sekvenser med varvig lera åtskilda av ca en meter homogen lera, se figur 2. För mer detaljerad mätdata, se appendix 2. Dessa varv är enbart från den undersökta delen av sedimentserien, d.v.s. 6,05 8,41 meter, och representerar därmed inte hela lervarvsserien. Efter att ha jämfört den undersökta delen av Myssjarens lervarvsserie med de från Brunnbergs (1995) lokaler har en tydlig korrelation hittats med en lokal i Sätrabadet, Stockholm, se bild nedan. En mindre tydlig korrelation har också gjorts med en lokal vid Åkeshov, Stockholm. Dessa korrelationer har använts för att datera när sedimenten avlagrades och tyder på att botten på Myssjarens sedimentserie avlagrades vy BP. Korrelationen med lervarvsserien från Sätrabadet visar också att den homogena leran avlagrades under 7 års tid vilket motsvarar en sedimentationshastighet i medeltal på ca 15 cm/år. Därmed avlagrades den undersökta delen av sedimentserien under en ca 31 år lång period, vy BP. 5

10 Tom Halldén Fig. 1, Ovan: Flygfoto över studieområdet. Den inringande sjön är Myssjaren, den lokal som har undersökts i denna studie. Vänster: Karta över Sydsverige för år sedan, under tiden för Yoldiahavet. Den röda rutan motsvarar området för bilden ovan. Den dragna linjen motsvarar dagens strandlinje. Bilder från SGU 6

11 Fig. 2: Illustration över varvstjockleken vid Myssjaren och lokalen vid sätrabadet samt lervarvskorrelationen mellan de båda lokalerna. Lervarvens ålder ökar åt höger. Lervarvsdiagrammet för lokalen vid Sätrabadet är modiferad från Brunnberg (1995). Sekvensen i mitten av myssjarens lervarvsdiagram består av homogen lera som, enligt denna korrelation, avlagrades under ca 7 års tid. FÖRÄNDRINGAR I VÄSTRA YOLDIAHAVETS VATTENMILJÖ UNDER TRETTIOETT ÅR 7

12 Fossilförekomst Tom Halldén Fossil förekom nästan uteslutande i den homogena leran, det enda undantaget var det prov som innehöll de två översta varven under den homogena leran. (Fig.3, Appendix 2) Fossilen upphör i och med att den homogena leran övergår till varvig lera. Endast fossil som var mindre än 1 mm hittades, siktningen som skiljde ut material större än 1 mm gav inget resultat. Totalt hittades två ostracodarter, två foraminiferarter och en molluskart. I enhet C (se bilden nedan) hittades många små ostracodskal vilka antagligen kommer från unga individer. Felkällor En viss förlust av sediment skedde vid siktningen av några av prov, dock anses den vara försumbar. Vissa prover innehöll mycket höga halter sand. Eftersom fossilen ligger i den fraktionen är det svårare att hitta alla fossil i dessa prover eftersom de då lätt blir dolda av det övriga materialet. Eftersom att antalet fossil mäts i relation till mängden övrigt sediment kan hög ackumulationshastighet leda till att antalet fossil minskar trots att antalet individer som levde i området är oförändrat. Likaså kan en låg ackumulationshastighet leda till att antalet individer överskattas. På grund av detta är skillnaden mellan enhet C och de andra enheterna mycket mindre än den verkar eftersom sedimentationen tycks ha varit betydligt lägre i den enheten än i de andra, se diskussionen. Eftersom varje ostracod fäller sitt skal upp till åtta gånger betyder det att ett stort antal skal från unga individer leder det faktiska antalet antagligen är grovt överskattat. Detta är särskilt tydligt i enhet C. Skal från unga ostracoder är mycket små, på grund av det kan de vara svåra att hitta och identifiera. Vissa ostracodfossil, särskilt i enhet C, kan därför ha missats men med tanke på den låga mängden sand i enhet C är antalet med största sannolikhet relativt litet. Vissa lervarv, särskilt vid sedimentkärnornas ändar, var relativt otydliga och därmed är lervarvsmätningen inte helt tillförlitlig. Dessutom syntes vissa varv i en kärna men inte i den parallella kärnan, vilket tyder på att enstaka varv kan ha missats. Dock anses lervarvsmätningen vara tillräckligt tillförlitlig för att användas till datering genom lervarvskorrelation. Den totala längden på kärnorna överensstämmer inte med den sammanlagda längden på de räknande varven. Skillnaden är ca 23 cm, men det kan bero på innebörders skillnader mellan de parallella kärnorna och storleks förändringar allt eftersom kärnorna torkade. 8

13 Fig.3a: Graf som visar förändringar av fossilförekomsten samt halten sand i sedimentet beroende på djup vid Myssjaren. Området som är markerat med svart representerar förekomsten av skalfragment från P. arctica. De identifierade enheterna, se diskussionen, finns markerade. FÖRÄNDRINGAR I VÄSTRA YOLDIAHAVETS VATTENMILJÖ UNDER TRETTIOETT ÅR 9

14 Fig.3b: En förstoring av Grafen i Fig. 3a. Observera att skalan för antalet fossil för vissa arter har ändrats för att göra små variationer mer synliga. Tom Halldén 10

15 FÖRÄNDRINGAR I VÄSTRA YOLDIAHAVETS VATTENMILJÖ UNDER TRETTIOETT ÅR Diskussion Fossilförekomsten tyder på att en mycket artfattig marin bentisk fauna levde i området, vilket stödjer slutsatsen att Yoldiahavet var en svår miljö för dessa varelser att leva i (Schoning 1997, 2001). Man kan se att ackumulationshastigheten när den homogena leran avlagrades måste ha varit högre än när den varviga leran avlagrades. Den homogena leran avlagrades med en medelackumulationshastighet på 15cm/år, den varviga leran med en medelackumulationshastighet på 7 cm/år. Varvig lera bildas lättare när vattenpelaren är stratifierad (Schoning, 2011) och övergången från varvig till homogen lera representerar därför troligen en övergång från en stratifierad till homogen vattenpelare. Detta kan förklara den stora skillnaden i ackumulationshastighet mellan de olika typerna av lera: Med en homogen vattenpelare kan sediment som transporteras av inlandsisens smältvatten nå djupare, och därmed lugnare vatten vilket underlättar sedimentation. Effekten som homogeniseringen av vattenpelaren hade på ackumulationshastigheten förstärktes antagligen av att Myssjaren fyller en sänka. När vattenpelaren var stratifierad var sänkan troligen fylld med salt bottenvattnet och därför var det salta bottenlagret tjockare än normalt. Det ledde troligen till att när vattenpelaren homogeniserades blev ökningen av det djup som sedimentet kunde nå större och det ledde till en kraftigare ökning av ackumulationshastigheten. Ackumulationshastigheten må ha varit i medeltal dubbelt så hög när den homogena leran avlagrades i jämförelse mot när den varviga leran avlagrades, men homogeniseringen av vattenpelaren ökade antagligen sedimentationen mer än så. Detta kan man se utifrån jämförelser med lokalen i Sätrabadet, samma lokal som Myssjarens lervarv har korrelerats med och där ingen ovarvig lera avlagrades. Under perioden då ovarvig lera avlagrades vid Myssjaren var ackumulationshastigheten vid Sätrabadet relativt oförändrad jämfört med innan och efter denna period. Ifall man bara räknar de fem närmaste varven före och efter den homogena leran så skulle ackumulationshastigheten vid Myssjaren ha varit i medeltal ca 5 cm/år. Utifrån korrelationen med Sätrabadet motsvarar alltså detta vad sedimentationen skulle ha varit ifall vattenpelaren aldrig homogeniserats. Det betyder att homogeniseringen ökade sedimentationen ungefär trefaldigt, eftersom den homogena leran avlagrades i medeltal med en hastighet på 15cm/år. Skillnader hos sandhalten i sedimenten reflekterar antagligen områdets energinivå. Den ökar under enhet A och B när området går mot mindre isnära förhållanden och minskar under enhet D när området går mot mer isnära förhållanden, se tolkningen av enheterna nedan. Det tyder på att denna trend inte är en konsekvens av avståndet till iskanten, eftersom att vattnets energinivå normalt sett ökar närmare iskanten. Det tolkas istället som att representera olika årstider, där pikarna i sandhaltkurvan representerar inlandsisens smältperiod. Det tyder på att den homogena leran i enhet A och B är från samma år och att även enhet D bara representerar ett år. 11

16 Tom Halldén Ifall detta stämmer, och eftersom hela sekvensen av homogen lera avlagrades under sju års tid, betyder det att den homogena lera som utgör enhet C avlagrades under fem års tid. Detta stöds av att fossilförekomsten i enhet C tyder på en relativ låg sedimentation, under åtminstone halva enheten var den antagligen inte högre än 10 cm/ år, se nedan. Eftersom ackumulationshastigheten i medeltal hos den homogena leran är 15 cm/år måste därför mer sediment ha avlagrats under de övriga enheterna. Detta har som konsekvens att proverna tagna i enhet A, B och D visar förändringar av vattenmiljön med en upplösning på några månader medan de prover som är tagna i enhet C har en upplösning på ca 1,25 år, eftersom fyra prover representerar fem år. Förändringar av artfördelningen skedde mycket fort i området, i vissa fall under enbart en årstid, se tolkningen av enhet A och B nedan. Detta kan förklaras av att det antagligen inte var långt till områden med bättre förhållanden, i detta fall områden längre från iskanten, från vilka arter kunde invandra så fort vattenmiljön tillät det. Eftersom det var en svår miljö för arterna att leva i krävdes det antagligen inte heller en stor försämring av vattenmiljön för att tvinga arter bort ur området, vilket förklarar varför arter också kunde försvinna mycket fort. Tolkning av vattenmiljön Utifrån förekomsten av fossil kan man identifiera fyra tidsperioder med distinkta vattenmiljöer, vilka här kallas enheter: Enhet A: vy BP Denna enhet börjar i och med den första förekomsten av fossil i sedimentet, vilket sker i det prov innehållande de två översta varven innan den varviga leran övergår till homogen lera. De första fossilen utgörs enbart av Cytheropteron montrosiense, en fullt arktisk marin art (Schoning 2001, Cronin et. al., 2008). Efter C. montrosiense invandrar Cytheromorpha macchesneyi till området och efter det även Elphidium excavatum. C. montrosiense fortsätter dock vara den dominanta arten genom hela enheten. Provet där de första fossilen börjar förekomma avlagrades egentligen mellan vy BP. Men eftersom förekomsten av fossil tycks höra ihop med förekomsten av homogen lera, vilket även kan ses i enhet D, är det troligt att fossilen börjar förekomma först i slutet av denna period. Det är anledningen till att vy BP är satt som början på denna enhet istället för vy BP. Dominansen av C. montrosiense skulle normalt sett tolkas som att salthalten var hög. Detta passar dock inte ihop med den nuvarande bilden av Yoldiahavet och det är inget man förväntar sig när området precis övergått till mindre isnära förhållanden. Schoning identifierade i sin studie från 2001 en fauna dominerad av C. montrosiense, men observerade att syreisotopmätningar tydde på en kraftig påverkan av smältvatten och därmed en relativt låg salthalt. Det visar att arten kan frodas även i de förhållanden som rådde i Yoldiahavet. Han hypotetiserade att det var C. montrosiense goda anpassning till kallt vatten som gjorde att den kunde bli dominant trots den relativt låga salthalten. Enligt Schoning (2001) är C. montrosiense typisk för Yoldiahavets bräckta stadium. Att det är den första arten som invandrar till området tyder på att Yoldiahavets bräckta stadium då redan hade börjat. 12

17 FÖRÄNDRINGAR I VÄSTRA YOLDIAHAVETS VATTENMILJÖ UNDER TRETTIOETT ÅR Att vattnet redan var bräckt tyder på att låg salthalt inte var det som hindrat arterna från att invandra till området. Enligt Schonings (1997, 2001) studier är de första arterna som invandrar när låg salthalt är den begränsande faktorn C. macchesneyi och E. Excavatum. En mer trolig förklaring är att en hög halt suspenderat sediment i vattnet var det som hindrade arterna från att kolonisera området. Detta stöds av att de arter som invandrar först, C. montrosiense och C. macchesneyi, båda är mycket tåliga mot höga halter suspenderat sediment i vattnet (Johnson & Ståhl, 2009). Eftersom salthalten inte var den begränsande faktorn är det mycket möjligt att vattnet var bräckt redan innan arterna invandrade till området. Att mängden suspenderat sediment var den begränsande faktorn för arternas utbredning i området beror antagligen på att sedimentationen var ovanligt hög för Yoldiahavet, vilket framgår när man jämför lervarvsmätningen från Myssjaren med mätningar från lokaler undersökta av Schoning (1997). Vid hans lokaler fanns inget varv mäktigare än 4,5 cm, medan vid Myssjaren är varvtjockleken hos den varviga leran i medeltal 7 cm och den homogena leran uppskattats ha avlagrats i medeltal 15 cm per år! Sedimentationen tycks ha varit särskilt hög i denna enhet och i enhet B, eftersom de tillsammans tycks utgöra enbart ett år. I enhet A och B kan sedimentationen därför uppskattas till att ha varit ca 50 cm per år. Detta tyder på en mycket hög sedimenttillförsel till området, vilket antagligen är orsaken till den höga halten suspenderat sediment i vattnet. Att fossil börjar förekomma i samband med att den homogena leran börjar avlagras beror antagligen på att vattenpelaren homogeniserades. Då kunde sediment lättare avlagras, vilket ledde till att mindre sediment fanns suspenderat i vattnet. Att C. montrosiense är tålig mot hög halt suspenderat sediment i vattnet är ännu en möjlig anledning till att den kan vara en av de dominanta arterna i Yoldiahavet trots den låga salthalten, inte endast på grund av dess anpassning till kallt vatten som Schoning (2001) föreslagit. Den ovanligt höga sedimentationen är antagligen orsakad av att Myssjaren befinner sig nära två rullstensåsar, en 1,4 km till öster om sjön och en 2,3 km till väster. Det betyder att området låg nära två större källor av glacialt smältvatten, vilket troligen ledde till att mycket sediment transporterades till området. Enhet B: vy BP I denna enhet återgår fossilförekomsten från att innehålla fossil från C. montrosiense, C. macchesneyi och E. excavatum till att än en gång endast innehålla fossil från C. montrosiense. Det följer samma succession som i enhet A, där E. excavatum försvinner först följt av C. macchesneyi, och tyder på att miljön återgår till att bli mer lik den vid början av Enhet A. Enligt tolkningen av enhet A beror det antagligen på att halten suspenderat sediment i vattnet än en gång ökade. Det sker en kraftig ökning av sandhalten under denna period, vilket tyder på att vattnets energinivå ökade. Som tidigare nämnt har detta tolkats som att denna enhet och enhet A avlagrades under samma år, och att denna enhet avlagrades under inlandsisen smältperiod. Detta borde ha resulterat i mer smältvatten vilket är orsaken till vattnets högre energinivå och borde också ha orsakat att mer sediment transporterats till området. 13

18 Tom Halldén Både dessa faktorer ledde troligen till sämre förhållanden för arterna. Den ökade sedimenttransporten höjde halten suspenderat sediment i vattnet. Den ökade energinivån hos vattnet bidrog antagligen även till att höja mängden suspenderat sediment i vattnet genom att det blev svårare för sediment att avlagras och att grövre sediment kunde hållas i suspension längre tid. Att det var svårare för sediment att avlagras är en möjlig förklaring till varför enhet A är mäktigare än denna enhet, trots att mer sediment troligen transporterades till området än under enhet A. Enhet C: vy BP I denna enhet sker en kraftig ökning av antalet fossil samtidigt som sandhalten i sedimentet minskar till nära noll procent. Fossil från Elphidium albiumbilicatum och skalfragment från Portlandia arctica förekommer för första gången. Fossil från C. montrosiense, E. albiumbilicatum och E. excavatum förekommer i hela enheten. Fossil från C. macchesneyi hittades endast i det näst djupaste av de fyra proverna från denna enhet. Detta sammanfaller med den första förekomsten och den högsta koncentrationen av skalfragment från Portlandia arctica, vilka bara hittades i det samt det efterföljande, grundare, provet. Ett stort antal små fossil från ostracoder hittades. Eftersom varje ostracod ömsar sitt skal åtta gånger allt eftersom de växer betyder det att det verkliga antalet ostracoder antagligen är överskattat. På grund av detta är det troligt att C. montrosiense förlorar sin dominans under åtminstone en del av enheten till E. excavatum, av vilken det finns som mest hälften så många fossil av i jämförelse med C. montrosiense. Förekomsten av P. arctica tyder på att sedimentationen minskade eftersom mollusker, så som P. arctica, inte kan leva i miljöer med alltför hög tillförsel av sediment (Peacock, 1989). I en studie av vattenmiljön nära en glaciär i Norge, gjord av Elverh i et al., (1980) förekom enbart unga individer när ackumulationshastigheten var 10 cm/år och vid högre värden förekommer inga mollusker överhuvudtaget. (Peacock, 1989). Eftersom den homogena leran avlagrades i medel 15 cm/år tyder förekomsten av P. arctica på att ackumulationshastigheten var på ett minimum när den här enheten avlagrades. Den rika förekomsten av fossil tyder på en förbättrad miljö för den marina bentiska faunan. Förekomsten av E. albiumbilicatum är en klar indikator på detta; det har föreslagits av Bergsten & Nordberg (1992) att det är den första art som invandrar när ett område övergår till mindre isnära förhållanden. En möjlig orsak till de bättre förhållandena är, likt i de föregående enheterna, en ytterligare minskning av halten suspenderat sediment i vattnet. Det stöds av att ackumulationshastigheten var betydligt lägre i denna enhet relativt de tidigare enheterna. Det stora antalet små fossil, samt den låga sandhalten, tyder på att vattnets energinivå var låg vilket antagligen bidrog till en minskning av mängden suspenderat sediment i vattnet. En annan orsak till de förbättrade förhållandena för arterna skulle kunna vara att vattnets salthalt ökade. Detta stöds av att artssuccessionen som Schoning (2001) identifierade där salthalten är den begränsande faktorn överensstämmer med övergången från enhet B till denna enhet. Att C. montrosiense dominerar i de tidigare 14

19 FÖRÄNDRINGAR I VÄSTRA YOLDIAHAVETS VATTENMILJÖ UNDER TRETTIOETT ÅR enheterna och att enheten sammanfaller med en minskning av sedimentationen tyder dock på att halten suspenderat sediment är den dominerande faktorn. Minskningen av mängden skalfragment från P. arctica är det första tecknet på en försämrad miljö för den marina bentiska faunan vilket troligen representerar en återgång till mer isnära förhållanden. Eftersom varje prov som tagits av denna enhet representerar lite mer än ett år kan denna återgång börjat ske antingen eller år vy BP. Särskilt tydligt märks denna återgång vid övre delen av enheten då mängden fossil minskar och sandhalten kraftigt ökar. Det tyder på en återgång till förhållandena som rådde i enhet A och B och skulle möjligtvis skulle kunna ses som början på enhet D. Utifrån dessa observationer är den troligaste förklaringen att enheten representerar en kallperiod, vilket också kan förklara varför iskanten börjar avancera igen mot slutet av enheten. Denna kallperiod skulle innebära att mindre smältvatten producerades vilket skulle leda till att både sedimenttillförseln och vattnets energinivå minskade. Det skulle resultera i att halten suspenderat sediment i vattnet minskade. Samtidigt skulle den lägre tillförseln av sött smältvatten leda till att vattnets salthalt skulle öka. Det är därmed möjligt att både salthalten och mängden suspenderat sediment i vattnet hade en påverkan på artfördelningen. Mindre smältvattenpåverkan skulle också leda till en ökning av vattnets temperatur. Det kan förklara varför C. montrosiense, vilken är väl anpassad till kallt vatten (Schoning, 2001), slutar vara den dominanta arten under åtminstone en del av perioden. Den högre temperaturen kan också ha varit en bidragande faktor till de goda förhållandena för den marina bentiska faunan. Ingen förklaring har hittats till varför C. macchesneyi, en opportunistisk art som tål låg salthalt (Schoning, 1997) och hög sedimentation (Johnson & Ståhl, 2009), bara förekommer i det prov som representerar den lägsta sedimentationen och de optimala förhållandena för de flesta arterna. Enhet D: vy BP I denna enhet sker en drastisk minskning av mängden fossil. Fossilförekomsten utgörs nästan enbart av fossil från C. montrosiense, det enda undantaget som hittades var ett skal av Elphidium excavatum. Förekomsten av fossil upphör helt samtidigt som den homogena leran övergår till varvig lera, vilket tyder på att vattenpelaren än en gång blev stratifierad och att området därmed återgått till isnära förhållanden. Att enheten antagligen avlagrades under ett års tid tyder på en kraftig ökning av sedimentationen i jämförelse med enhet C. Denna ökning, att sand än en gång börjat avlagras och att enheten övergår i varvig lera tyder på en återgång till de förhållanden som rådde innan enhet A och B. Att Elphidium excavatum förekommer tyder på att det är samma succession som i enhet A och B. Att sedimentationen och halten sand tycks vara lägre i denna enhet i jämförelse med enhet A och B beror troligen på att mindre smältvatten producerades under denna enhet som ett resultat av att iskanten avancerade, till skillnad från enhet A och B där den antagligen retirerade. 15

20 Tom Halldén Att de sista fossil som återfinns är från C. montrosiense tyder på att salthalten var relativ hög även under denna tid, det vill säga att Yoldiahavet fortfarande var i sin bräckta fas. Därför är en ökning av halten suspenderat sediment i vattnet än en gång den troligaste orsaken till minskningen av antalet arter, vilket också förklarar varför succession verkar vara densamma som i enhet A och B. Eftersom salthalten inte var den begränsande faktorn är det mycket möjligt att vattnet var bräck även efter slutet på enheten. Att C. montrosiense är den sista kvarvarande arten beror antagligen på samma egenskaper som ledde till att den var den första arten som invandrade till området: dess tålighet mot mycket suspenderat sediment i vattnet (Johnson & Ståhl, 2009) och goda anpassning för kallt vatten (Schoning, 2001). Slutsats En artfattig marin bentisk fauna förekom i området under perioden vy BP. Dess invandring och försvinnande tolkas som en konsekvens av avståndet till iskanten. Den undersökta faunan invandrade i samband med att vattenpelaren homogeniserades och försvann när vattenpelaren än en gång blev stratifierad. Den troligaste orsaken för detta är att homogeniseringen ledde till att vattnet innehöll mindre suspenderat sediment, vilket var den faktor som främst begränsade arternas utbredning. Under hela den undersökta perioden som fossil kunde hittas, mellan och y BP, var vattnet bräckt inom området. Eftersom att arternas utbredning i området inte begränsades av salthalten är det mycket möjligt att vattnet var bräckt både före och efter denna period. Sedimentationen ökade drastiskt i och med att vattenpelaren homogeniserades. Genom att jämföra Myssjaren med en lokal i Sätrabadet har det uppskattats att homogeniseringen av vattenpelaren ledde till att sedimentationen tredubblades. De optimala förhållandena för den marina bentiska faunan under den undersökta perioden var y BP, vilket har tolkats som att motsvara en kallperiod. Troligen orsakade denna kallperiod en framryckning av iskanten, vilken har uppskattats till att ha börjat vid y BP lervarvsår BP. Förändringen av artfördelningen i området var mycket snabb och kunde ske mellan olika årstider. 16

21 FÖRÄNDRINGAR I VÄSTRA YOLDIAHAVETS VATTENMILJÖ UNDER TRETTIOETT ÅR Tackord Stefan Wastegård, professor vid institutionen för naturgeografi och kvartärgeologi (INK), Stockholms Universitet (SU) var initiativtagare och handledare till detta projekt. Han har hjälpt till på otaliga vis, bland annat genom att hjälpa till med tagningen av sedimentkärnor från Myssjaren, instruerat i hur metoden skulle utföras, hjälpt till med att identifiera arterna samt att ha gått igenom flera utkast till denna uppsats och pekat ut brister. Han har alltid varit öppen för frågor och det är tack vare hans kunskaper som detta projekt varit möjligt. Sven Karlsson, forskare vid INK, SU hjälpte till med användningen och reperationer av laboratoriets utrustning. Mats Regnell, forskare vid INK, SU gav värdefulla råd angående att finna och identifiera fossil med hjälp av sterolupp. Tack vare hans råd gick detta arbete både mycket fortare och blev mer noggrant. Han hjälpte också till med att identifiera organiskt material i proverna. Referenser Andrén, T., Andrén, E., Berglund B.E. & Yu, S., 2007, New insights on the Yoldia Sea low stand in the Blekinge archipelago, southern Baltic Sea. GFF, 127, Andrén, T., Lindeberg, G. & Andrén, E., 2002, Evidence of the final drainage of the Baltic Ice Lake and the brackish phase of the Yoldia Sea in glacial varves from the Baltic Sea. Boreas, 31, Bergsten, H. & Nordberg, K., 1992, Late Weichselian marine stratigraphy of the southern Kattegat, Scandinavia: evidence for drainage of the Baltic Ice Lake between 12,700 and 10,300 years BP. Boreas 21, Björck, S., 1995, A review of the history of the Baltic Sea, ka BP. Quaternary International, 27, Björck, S., Possnert, G. & Schoning, K, 2001, Early Holocene deglaciation chronology in Västergötland and Närke, southern Sweden biostratigraphy, clay varve, 14C and calendar year chronology. Quaternary Science Reviews 20, Brenner, W.W., 2004, Holocene environmental history of the Gotland Basin (Baltic Sea) a micropalaeontological model. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 220, Brunnberg, L., 1995, Clay-varve chronology and deglaciation during the Younger Dryas and Preboreal in the easternmost part of middle Swedish Ice Marginal zone. Quaternaria A:2. Kvartärgeologiska institutionen, Stockholms universitet. Brusca, R.C. & Brusca, J., 2003, Invertebrates. 2. ed. Sunderland, Mass.: Sinauer Associates, 936 p. 17

22 Tom Halldén Cato, I., 1987, On the definitive connection of the Swedish time scale with the present. SGU, serie CA 68. Elverh i, A., Liest l, O. & Nagy, J. (1980). Glacial erosion, sedimentation and microfauna in the inner part of Kongsfjorden, Spitsbergen. Norsk Polarinstitutt Skrifier 172, Johnson, M.D. & Ståhl, Y., 2009, Sedimentology, stratigraphy, age, and paleoecology of marine varved clay in the Middle Swedish end-moraine zone a final report to the Swedish Geological Survey (SGU). Earth Sciences center, Göteborgs Universitet, special issue 1, Cronin, T.M, Manley, P.L., Brachfeld, S., Manley, T.O., Willard, D.A., Guilbault, J.P., J.A., Rayburn, J.A., Thunell, R. & Berke, M., 2008, Impacts of postglacial lake drainage events and revised chronology of the Champlain Sea episode 13 9 ka. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 262, Modig, H., Bund, W.J.V.D. & Ólafsson, E., 2010, Uptake of phytodetritus by three ostracod species from the Baltic Sea: effects of amphipod disturbance and ostracod density. Marine ecology progress series, 202, Peacock, J.D., 1989, Marine molluscs and late Quaternary environmental studies with particular reference to the late-glacial period in northwestern Europe: a review. Quaternary Science Reviews 8, Schoning, K., 1997, Yoldiahavets marina kalkskalsfauna i centrala och östra Svealand, Sverige. Quaternaria B: 8. Kvartärgeologiska institutionen, Stockholms universitet. Schoning, K., A palaeoenvironmental study of the Yoldia Sea: marine benthic fauna, stable isotopes and ostracod trace-element chemistry. Licentiatavhandling. Kvartärgeologiska institutionen Stockholms Universitet. Schoning, K., 2001, Marine conditions in middle Sweden during the Late Weichselian and Early Holocene as inferred from foraminifera, Ostracoda and stable isotopes. Quaternaria A:8. Kvartärgeologiska institutionen, Stockholms universitet. SGU (Sveriges geologiska undersökning), kartgenerator. Wastegård, S, 1995, Late Weichselian Early Holocene marine stratigraphy in southwestern Värmland and northwestern Dalsland, SW Sweden. Quaternaria, Ser. A: 1. Kvartärgeologiska institutionen, Stockholms universitet. Wastegård, S., Andrén, T., Sohlenius, G., & Sandgren, P., 1995, Different phases of the Yoldia sea in the north-western Baltic proper. Quaternary International, v. 27, p Wastegård, S; Professor vid Institutionen för naturgeografi och kvartärgeologi, Stockholms universitet, 2013, Personlig kommunikation. 18

23 FÖRÄNDRINGAR I VÄSTRA YOLDIAHAVETS VATTENMILJÖ UNDER TRETTIOETT ÅR Appendix 1 Sedimentserien vid Myssjaren, utifrån fältanteckningar, mätt från vattenytan ner m vatten m brun gyttja/lergyttja m brungrå gyttjelera m grå lera m mörk brungrå siltig lera m mörk brungrå sand m grå otydligt varvig grå lera m grå otydligt varvig grå lera med ett sulfidskikt mörk brungrå otydligt varvig och sulfidskikad lera. Varven är trefärgade m grå homogen lera m mörk brungrå varvig lera 8.49-? Morän 19

24 Prov Djup (cm) Lervarv Torr vikt (gram) % sediment 1mm % sediment mm C. montrosiense/100 g C. macchesneyi/100 g E. excavatum/100 g E. albiumbilicatum/100 g Förekomst av P. Arctica Appendix 2 Tom Halldén Mätdata för varje prov angående djupet provet togs på, vilka varv det innehåller, dess torra vikt, procenthalten sediment med en storlek större än 1 mm procenthalten sediment med en storlek på 0,1-1 mm (i rapporten kallad sand), och mängden funna arter. Förekomsten av Portlandia arctica rapporteras bara som finns eller finns inte. Observera att prov 1-4 inte silades, detta eftersom att när inga fossil hittades i proverna 5-7 ansågs det onödigt att undersöka de djupare proverna noggrannare , ,77 0,38 0, , ,31 0,03 0, , ,01 0 0, , ,23 0,3 0, , ,86 0,11 0, ,6-26,63 0,09 0,82 7, ,3-18,92 0,18 4,67 26, ,2-17,22 0,08 3,2 11,61-5, ,1-24,33 0,03 5,03 82, ,9-22,53 0,16 7,32 754,54-62,14 142, ,9-30,15 0,03 0,43 441, ,6 Förekom ,4-30,03 14,99 0,45 602,73 63,27 129,87 156,51 Förekom ,9-39,37 0,04 0, ,56 81, ,4-33,81 0,04 0,7 5, ,8-49,65 0,13 12,79 20, ,1 0,37 6,62 24,03 3, ,67 0,16 4,9 17,51 6,57 6, ,18 0,14 2,78 11,5 1,92 2,

25 FÖRÄNDRINGAR I VÄSTRA YOLDIAHAVETS VATTENMILJÖ UNDER TRETTIOETT ÅR ,67 0,91 2,48 25,71 2, ,93 1,05 2,88 14, ,36 0,08 0, , ,87 0,04 0, ,4 9 17,34 0 1, ,7 9 42,85 0 0, ,7 8 43,87 0,06 1, ,3 7 33,81 0,21 1, ,1 6 52, ,8 5 48, ,4 4 44, ,

26 Appendix 3 Tom Halldén SEM-bilder av foraminiferer och ostracoder från Yoldiahavet vilket användes för att identifiera arterna. Modifierad från Schoning, Skalstreck 0,1 mm. 1. Elphidium excavatum (Terquem) f. clavata (Cushman) Från Näshulta kyrka, Sverige, djup cm 2. Elphidium excavatum (Terquem) f. selseyensis (Heron-Allen & Earland) Från Näshulta kyrka, Sverige, djup cm 3. Elphidium albiumbilicatum (Weiss) Från Logsjön, Sverige, djup cm 4. Cytheropteron montrosiense (Brady, Crosskey & Robertsson) Hona?, Sedd utifrån Från Näshulta kyrka, Sverige, djup Cytheromorpha macchesneyi (Brady & Crosskey) Hona, sedd utifrån Från Näshulta kyrka, Sverige, djup cm. 6. Cytheromorpha macchesneyi (Brady & Crosskey) Hona, sedd inifrån Från Näshulta kyrka, Sverige, djup Paracyprideis fennica (Hirschmann) Hona, sedd utifrån Från Näshulta kyrka, Sverige, djup cm 8. Paracyprideis fennica (Hirschmann) Hanne, sedd inifrån Från Näshulta kyrka, Sverige, djup cm. 9. Heterocyprideis sorbyana (Jones) Hona, sedd utifrån Från Logsjön, Sverige, djup cm 10. Heterocyprideis sorbyana (Jones) Hona, sedd inifrån Från Logsjön, Sverige, djup cm 22

27 FÖRÄNDRINGAR I VÄSTRA YOLDIAHAVETS VATTENMILJÖ UNDER TRETTIOETT ÅR 23