Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Foredrag 10. marts 2016 i geologisk og geoteknisk forening
Jens Morten Hansen: Kattegats havniveau gennem de sidste 4900 år: Adskillelse af eustasi, isostasi og geologisk baggrundsstøj belyst med
4000 km strandlinjer på Læsø
Foredraget bygger især på disse fire afhandlinger:
• Hansen, J.M., Aagaard, T., Stockmarr, J., Møller, I., Nielsen, L. Binderup, M., Larsen J.H. & Larsen, B. (2016). Continuous record of Holocene sea-level changes and coastal development of the Kattegat island Læsø (4.900 years BP to present). Bulletin of the Geological Society of Denmark, 64, 1-55.
• Hansen, J.M., Aagaard, T.& Kuijpers, A. (2015). Sea-level forcing by synchronization of 56- and 74-year oscillations with Moon’s nodal tide on the Northwest European shelf (Eastern North Sea to Central Baltic Sea). Journal of Coastal Research, 31, 1041-1056.
• Hansen, J.M., Aagaard, T. & Binderup, M. (2012). Absolute sea levels and isostatic changes of the eastern North Sea to central Baltic region during the last 900 years. Boreas, 41(2), 180-208.
• Hansen, J.M. (2010). The salt industry on the Danish Kattegat island of Læsø (1150-1652): Hypersaline source, climatic dependence, and environmental impact. Danish Journal of Geography, 110, 1-24.
Vidt forskellige havniveau-kurver fra forskellige dele
af verden
Hvorfor nu det?
Bl.a. fordi ikke alle steder er lige
velegnede til disse undersøgelser!
Vigtige egenskaber ved Læsø
ved rekonstruktion af havniveau-forandringer
Hydrografi:Hydrografi:Hydrografi:Hydrografi:• Tidevandets amplitude er kun ca. 20 cm (lavere
og mere ensartede opskylshøjder end i tidevandsprægede områder)
• Kyster mod syd og sydøst omgivet af en 3-5 km bred zone med vanddybder på max. 0,3 m (bølge- og opskylshøjden meget ringe)
• Tre dominerende eksponeringsretninger (giver tre uafhængige kurver samt mål for forskelle i opskylhøjden mod hhv N, SV og SØ)
Sedimentoverskud:Sedimentoverskud:Sedimentoverskud:Sedimentoverskud:• Vedvarende pålejring på strandene gennem
4900 år som følge af erosion af omkringliggende glaciomarint landskab og vedvarende isostatisk hævning af havbundens sedimenter
RRRRegressivt aflejringsmiljø:egressivt aflejringsmiljø:egressivt aflejringsmiljø:egressivt aflejringsmiljø:• Kraftig landhævning bevirker, at strandlinjerne
er velseparerede og kronologisk velordnede • Ikke alene havets ‘highstands’, men også
‘lowstands’ er synlige: I mindre regressive miljøer ses kun strandlinjer fra ‘highstands’: Læsø giver mål for hav-oscillationers amplitude
Ændring og bevaring Ændring og bevaring Ændring og bevaring Ændring og bevaring af af af af terrænets højdeforskelle:terrænets højdeforskelle:terrænets højdeforskelle:terrænets højdeforskelle:• 4000 km stadig synlige strandlinjer i udyrkede
arealer (ringe kompaktion ved dræning og udglatning ved pløjning)
• Lange, sammenhængende strandlinjers højdevariation giver mål for helt lokale, lodrette terrænforskydninger (‘geologisk baggrundsstøj’)
Højdekort:Kærene
Landskab af odder,
krumodder og laguner,
der er hævet 6-8 meter
(‘hestehalelandskab’)
Højdeprofil langs den sorte
streg
Stokkens nordendefoto: Eigil Holm
Højdekort:Østerby-halvøen
Landskab af odder, krumodder og laguner, der er hævet 1 – 5 meter
(‘Hestehalelandskab’)
Højdeprofil langs den sorte streg
Bløden, Bløden Hale, Knotterne og Slusen
foto: Eigil Holm
Markante, hævede strandlinjer på Læsøog deres eksponeringsretning
Absolutte og arkæologiske aldersdata fra Læsø
Læsøs stadier og strandlinjernes alder
År før nu
Hævede strandlinjers (opskylsrygges) kronologi-, alders- og højdeforhold
Strandforskydningen på Læsø gennem de sidste 4.900 år(havniveau-kurve)
Relative havniveau-rater (mm/år) ud fra Læsø-kurven(omkring middel regressionsrate på -2.12 mm/år)
Mean regression
rate (difference of
SL and GIA)
Relative havniveau-rater (mm/år) som kurven kunne se ud i områder uden tilstrækkelig landhævning,
landtilvækst og sedimenttilførsel: Få, komplekse opskylsrygge fra ‘highstands’, ingen fra ‘lowstands’
Mean regression
rate (difference of
SL and GIA)
If GIA = 1 mm/yr
If GIA = 0 mm/yr
Oscillationer i havniveauet ifølge Læsøs strandlinjer100- og 500års løbende gennemsnit, reduceret for 1000års
løbende gennemsnit
Mörner’s PTMs
IPCC’s global scenario of the present(3.1 mm/year)
Lowstands which are undetectable in most sedimentary environments (GIA < 1.5 mm/yr)
and thus mostly disregarded
Omregning af sikker relativ kronologi/strandvoldshøjde til mindre sikker absolut alder/vandstand
Regionale isostatiske hastigheder (GIA i nutiden vurderet til 1.50 mm/år)
Lokale hævningshastigheder pga. forudgående erosion m.m. (i nutiden vurderet til 0.82 mm/år)
Korrektion for helt lokal geologisk baggrundsstøj (back-stripping af ‘bølgende’ strandlinjer til oprindelig vandret)
Bestemmelse af opskylshøjder (georadar-identifikation af strandbreddens ‘downlap’ på strandplanet)
Måleusikkerhed på OSL- og C14-dateringer, gennemsnitlig 7% af målt alder, men kronologien af de mere end 1000 indexpunkter er sikker (exakt)
-1500
-1400
-1300
-1200
-1100
-1000
-900
-800
-700
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
0500100015002000250030003500400045005000
Calculation of absolute sea levels (ASL) (based on Påsse & Andersson's 2005 isostacy and Hansen & al's 2012 local Læsø uplift)
Years BP
cm a
bo
ve M
SL
Level correction acc. to Påsse & Anderson's
isostatic model (2005) of the region
Level correction acc. to Påsse & Andersson's
isostatic model supplemented with Hansen &
al.'s (2012) find of a local relaxation uplift
Max. isostatic difference s across Læsø (NE-SW)
Observed relative sea level
Calculated absolute sea level
Absolute sea level without
correction for relaxation uplift
Isostatic levelchanges(from Hansen
et al., 2012)
Salt-marsh
beach ridges
(AD 1150-2006)
of the islet of
Hornfiskrøn
S of Læsø(from Hansen et
Al. 2012)
Levels of raised shorelines, Hornfiskrøn
Projected on WSW-ENE section from the island's N part (black) and S part (red)
0
50
100
150
200
250
-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500
Distance from island's origo (m)
Level above M
SL (cm
)
WSW-ENE profile of back-stripped shorelines, Hornfiskrøn
Levels after removal of local uplift
1 1
2 2
3 3
4 45 56 6
7 78 8
9 910 1011 11
12 12
13 1314 14
15 15
16 16
17 170
25
50
75
100
125
150
-500 0 500 1000 1500 2000
Distance from island's origo (m)
Level above M
SL (cm
)
Comparison of 1. Proxy to eustatic curve
from two separate areas
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
Calculated and measured calender year
He
igh
t a
bo
ve
MS
L (
cm
)Hornfisk
(ISO=1,0
mm/yr)Bangsbo
(ISO=1,3
mm/yr)MEAN
OSL
Old maps
Dendro
Coastline
Archaeol.
Little Ice Age, two SL minima: 1300 AD and 1700 AD
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
0500100015002000250030003500400045005000
Læsø and Kattegat: Absolute (‘eustatic’) sea levels
Years BP (2006)
cm a
bo
ve M
SL
Subboreal time Subatlantic time
Subborealeustatic
transgression(ice-cap melting)
Late Subboreallowstand
oscillations(80 to 0 cm below MSL)
Subatlantichighstandscillations
(0 to 70 cm above MSL)
Me-diev.opt.
Little IceAge
lowstand
AMO
- 80 cm
+ 70 cm
Subatlanticlowstand
Oscillations(0 to 80 cm below MSL)
Harbour built
Medieval settlement,
building of 3 churches
Salt production periodNo finds of human activity
Summer camps for
seal-hunters
Emergence of the present island
Konklusioner
• Gennem de sidste 4900 år viser Læsø en horizontal landtilvækst på gns. 2 m/år og en relativ højdetilvækst (regressionsrate) på gns. 2.1 mmm/år (Hansen 2010, Hansen et al. 2016)
• Læsøs strandlinjer viser både highstands og lowstands. Pga. ringere landhævning ses lowstands sjældent andre steder i verden (Hansen et al. 2012, 2016)
• Over 100-500 år oscillerer vandstanden mere end hidtil antaget, for det meste i intervallet +3 til -3 mm/år (max. +5 til -6 mm/år over 100-årsperioder) (Hansen et al. 2015, 2016)
• I Nordsøen, Skagerrak, Kattegat, Bælterne og Østersøen er havnemålte (1849 – 2009) af samme størrelsesorden som gennem de sidste 4000 år – også efter 1970 (Hansen et al. 2012, 2015, 2016)
SLUT
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
0500100015002000250030003500400045005000
Læsø island and Kattegat: Absolute sea levels n = 1010
Years BP
cm a
bo
veM
SL
106
6/7
7 89
Correlation with Mörner's Postglacial Transgression Maxima (numbered PTMs)
Dette kan jeg nå at komme ind på
• Strandlinjernes kronologiske (eksakte) orden og omtrentlige (målte) aldre
• Bedømmelse af væsentlige komponenter i terrænnets højdeændringer (isostasi, geologisk baggrundsstøj)
• Rekonstruktion af det relative havniveau de sidste 4900 år
• Omregning af relative til absolutte (‘eustatiske’) havniveauer
Højdekort:Tørkeriet og Færøn
Landskab af lavryggede
rimmer, dopper og
strandenge, der er hævet
0 – 3 meter
Højdeprofil langs den
sorte streg
Detaljeret opmåling af 35 strandeng-strandlinjer
opdelt i 381 stykker á 200 m
Strandengenes alders- og højdeforhold i Tørkeriet (blå) og Hornfiskrøn/Stoklund-Bangsbo (rød)
(afstande mellem områderne: 4-10 km)
Backstrippede maximale
højdeforskelle mellem lige gamle
strandenge i tre geografisk adskilte
områder er ca. 35 cm (næppe
korrigerbare effekter af geologisk
baggrundsstøj max. ca. +/- 20 cm)
Havniveauer og accelerationer 1850-2010(26 lange havnemålinger)
fra Hansen 2015, i Mörner (ed.)
Forhold man skal forsøge at få styr på ved rekonstruktion og prognosticering af eustatiske og isostatiske forhold i danske kystlandskaber
• Isostatiske o.l. forhold i SV-Skandinavien– Det generelle billede
– Større anomalier
– Lokal geologisk baggrundsstøj
• Empirisk bestembare havniveauforandringer (relativ strandniveau-forskydning)– Rimme/dobbe-landskaber (opskylsrygge, kystudligning, barrierer,
barriere-øer)
– Strandenge (vertikal vækst af den yderste vegetationszone)
– Bestemmelse af opskylshøjder (georadar, terrænanalyse)
• Adskillelse af terræn- og havniveauændringer– Korrektion for isostatiske niveauforandringer (isaflastningen af
Skandinavien, aflastning ved regional erosion og større historiske ændringer af vandstanden)
– Korrektion for lokal geologisk baggrundsstøj (backstripping)
Kysttilvækstens typer på Læsø
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
020040060080010001200
Absolute sea levels of the last 1200 years- based on RSL-proxies from five salt-marsh areas
Years BP (2006)
cm a
bo
veM
SL Little Ice Age
Low Stand
Medieval Optimum
High Stand
AMO peaks
Inst
rum
enta
l p
erio
d
Isostatisk rekonstruktion på basis af 26 stationer for vandstandsmålinger (1849-2009), fra Hansen, Aagaard & Binderup (2012)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
010002000300040005000600070008000900010000
Terrestrial history and estimation of the island's size
Years BP (2006)
Siz
eo
f la
nd
(sq
.km
)
Roman Iron Age harbour
Salt discovered, Medieval settlement and agriculture begins
Salt production ceases
Emergence of the oldest
preserved part of the island
Pre-existing glacial and glacio-marine
landscapes connected with Læsø
until 2000 BP(now dissapeared due
to erosion and reduced to
boulder reefs)
Complete detachment of the island
Langerøn, Kringelrøn and Hornfiskrøn emerges
Building of three Medieval churches
de
fore
ste
d l
an
d
forested old land
Continental period
Shore levelrises rapidly
Shore level falls
Coastal erosion dominates Coastal progradation dominates
forested new land