Abstract

Numerous efforts have been made in recent decades to recover the climate history of the Arctic region. The present PhD study is one of them, focusing on terrestrial sediments which were deposited in the Arctic Ocean during the Cenozoic. The Arctic Ocean, surrounded by land on all sides, is among the most important marine archives of sediments that record information of palaeoclimates, including cold climates with extensive glaciation. Evidence of ancient glaciations is generally retraced by observing widespread terrestrial ice-rafted debris (IRD) deposits on the seafloor, as large amounts of IRD are transported by icebergs during deglacial phases. However, it has been shown that sea ice also transports abundant IRD from shallow continental shelves. What is worth noticing is that glaciers and sea ice influence climate variables differently, and therefore, to model climate in past glaciations, IRD released from these factors should be differentiated. The relative proportions of glacial IRD and non-glacial IRD were determined in this study from two central Arctic Ocean expedition site recoveries: the Integrated Ocean Drilling Program’s (IODP) Arctic Coring Expedition (ACEX) 302 composite core recovery and the Swedish Polar Research Expedition’s Arctic Ocean 1996 (AO96) piston core 96/12-1pc. The main objective was to characterise and quantify the process- and environment-related microtextures of quartz sand grain surfaces. The data were subjected to statistical methods and a multiproxy approach, and the results were used to define the dynamics and timing of palaeoglaciations. The results indicate that the signals of glacial and non-glacial continental processes and the involvement of iceberg versus sea-ice rafting can be distinguished by microtextural and statistical analyses. Improvements in the general interpretation of late Pleistocene Eurasian ice sheet distribution and dynamics are provided: late MIS 4 (ca. 62–67 ka) reflects a deglacial phase with increased fluvial activity, whereas MIS 3 at ca. 45 ka is related to glacial advance characterised by the oscillating and calving Barents-Kara ice sheet. Based on the results of this study, the early glacial ice on the Arctic continent can be retraced back to the late Palaeocene ca. 56 Ma.

Tiivistelmä

Arktisen alueen ilmastohistoriaa on pyritty selvittämään usein eri tavoin viime vuosikymmenten aikana. Tässä tutkimuksessa on keskitytty Jäämereen kerrostuneiden mantereelta peräisin olevien sedimenttien ominaisuuksiin. Jäämeri on yksi tärkeimmistä mannerten ympäröimistä merialueista jonka pohjan sedimentteihin on tallentunut tietoa menneistä ilmasto-oloista, kuten laajoista jäätiköitymisistä. Jään kuljettaman sedimenttiaineksen runsas esiintyminen merenpohjan kerrostumissa on yleisesti tulkittu todisteeksi menneistä jäätiköitymisistä, sillä jäävuorikuljetus on runsainta mannerjäätikön sulamisvaiheessa. Myös merijää voi kuljettaa runsaasti sedimenttiainesta joka on peräisin matalalta mannerjalustavyöhykkeeltä. Jäätiköiden ja merijään vaikutus ilmastomuuttujiin on hyvin erilainen ja siksi on tärkeää selvittää niiden osallisuus eri ilmastovaiheissa. Tässä tutkimuksessa määritettiin jäävuorien ja merijään kuljettaman sedimenttiaineksen suhteelliset osuudet kahdesta keskeisen Jäämeren tutkimusmatkan kaira-aineistosta: Integrated Ocean Drilling Program (IODP) -ohjelman Arctic Coring Expedition 302 (ACEX) -tutkimusmatkan yhdistetystä kaira-aineistosta ja Swedish Polar Research Expedition Arctic Ocean 1996 (AO96) -tutkimusmatkan kaira-aineistosta 96/12-1pc. Tärkein tavoite oli kuvata ja laskennallisesti määrittää kvartsihiekkarakeiden pintamikrotekstuurit, jotka ovat syntyneet erilaisissa prosesseissa ja ympäristöissä. Aineistoa tarkasteltiin tilastollisin- ja moniaineistomenetelmin, ja tuloksia käytettiin jäätiköiden dynamiikan ja ajoituksen määrittämiseen. Tämän tutkimuksen johtopäätöksenä voidaan todeta että jäätikköön ja ei-jäätikköön liittyvät mantereiset prosessesit, sekä jäävuori- ja merijääkuljetuksen osallisuus, voidaan erottaa mikrotekstuuri- ja tilastollisen analyysin avulla. Tutkimus tarkentaa tulkintoja myöhäis-Pleistoseenin jäätiköiden alueellisesta levinneisyydestä ja dynamiikasta: myöhäinen MIS 4 (noin 62–67 ka) oli deglasiaalivaihetta jolloin fluviaalitoiminta oli aktiivista, kun taas MIS 3 noin 45 ka liittyy jäätiköitymisvaiheeseen jolloin Barentsin-Karan jääkenttä oskilloi ja jäävuorikuljetus oli runsasta. Tutkimuksen tuloksena voidaan myös tarkentaa varhaisten Arktisten jäätiköitymisten ajankohta myöhäiseen Paleoseeniin noin 56 Ma.