Climate History along the Arctic Seaboard of Eurasia (CHASE)

Hovedmålsettingen med CHASE-prosjektet er å rekonstruere klima- og miljøendringene i Russisk Arktis gjennom siste istid og frem til i dag, en periode på 120,000 år. Dette innbefatter fremveksten og tilbake-smeltingen av store isbredekker som i perioder bygget seg opp over Barents- og Karahavet, men også mindre breer i de Polare Uralfjellene. Vi har også hatt som mål å rekonstruere fauna og vegetasjonsutviklingen. Denne kunnskapen har vi utnyttet til å få en bedre forståelse av klimautviklingen og andre faktorer som har vært med å prege landskapsutviklingen og som kan ha vært styrende for den tidlige innvandringen av mennesker i Arktis. I prosjektet har vi undersøkt geologiske arkiver fra både innsjøer og eksponerte lagfølger langs elver og i kystskrenter. Et hovedfokus er utviklingen i de Polare Uralfjellene hvor det er samlet inn borekjerner og seismiske profiler fra to dype innsjøer (Bolshoye Schuchye og Malaya Schuchye). Prosjektet har hatt et samarbeide med et tysk-russisk forskningsprosjekt (Paleolimnological Transect - PLOT) som er koordinert fra Universitetet i Køln. Våre dateringsresultater viser at de sentrale fjelldalene lengst nord i Uralfjellene har vært sammenhengende isfrie helt siden den siste store iskappen som lå over fjellkjeden smeltet bort så tidlig som for 60,000 år siden. Dette står i skarp kontrast til utviklingen i Skandinavia, Barentshavet og på Svalbard hvor det bygget seg opp tykke isdekker også under den siste store glasiasjonsfasen på jorda (LGM) og som kulminerte for 25-19,000 år siden. Det eksisterte breer i Uralfjellene på denne tiden, men disse var bare litt større enn det de var for noen få tiår siden. Vi finner at det har vært store isfrie områder selv midt inne i fjellkjeden og som har vært tilholdssted for planter, dyr og kanskje også mennesker. Sedimentarkivene herfra har gitt et unikt innblikk i hvordan klima- og miljøforholdene har endret seg frem mot vår egen tid. Disse dataene har gitt oss en bedre forståelse av klimavariabiliteten i Arktis. Vi finner en markant kontrast til utviklingshistorien i vest, herunder både Svalbard og Fastlands Norge. Undersøkelser av den Holosene molluskfaunaen rundt Svalbard viser at sommerklimaet her for 10,000 til 9,000 år siden var hele 6 grader varmere enn i dag. Borekjernene fra innsjøbassengene i Uralfjellene viser at bunnsedimentene er bygget opp av noen tynne karakteristiske lag som vi finner må være årslag, såkalte varv. Sammen med 14C-dateringer av planterester fra sedimentene har dette gitt oss grunnlag til å få etablert en usedvanlig presis kronologi gjennom en periode som er lite utforsket. Vegetasjonsendringene er blitt studert ved hjelp av pollen-stratigrafi og DNA-analyser av fossile planterester. Gjennom DNA-analysene er det påvist mer enn 160 plantearter. Til vår store overraskelse ble det også påvist flere arter med terrestriske og akvatiske makker som trolig har hatt tilhold i disse fjelldalene selv under den kaldeste og tørreste fasen av istiden, og det er første gang slik fauna er påvist i geologiske lagfølger noe sted. DNA analyser av sediment-prøver som vi tidligere har samlet inn fra våre feltundersøkelser i ulike deler av Nord-Russland har bidratt til ny kunnskap om utbredelsen av den nå utdødde megafaunaen (ullhåret neshorn, mammut med flere). Geo-arkeologiske undersøker fra en lokalitet (Pymva Shor) som ligger nede på lavlandet like vest for de Polare Uralfjellene viser at det her var et variert dyreliv og med funn av bein av huleløver som levde her så sent som for 14-15,000 år siden. Dette er blant de aller yngste funn av huleløve noe sted. Det er også gjort undersøkelser av organiske molekyler i innsjøsedimentene som i kombinasjon med isotopanalyser av oksygen og hydrogenatomene (biomarkører) har gitt oss mål på endringene i temperatur- og nedbør gjennom tidene. Vi har også funnet en ny paleomagnetisk ekskursjon som er datert til å ha skjedd for 20,000-19,000 år siden. I tillegg har vi studert morener, bresjøsedimenter og hevede marine sedimenter i Vest-Sibir som har gitt ny bedre kunnskap om den storskala glasiasjonshistorien. Ved hjelp av data fra de undersøkte borekjernene har vi utført en detaljert studie av miljø- og klimaendringene i sluttfasen av istiden, herunder den kalde Yngre Dryas perioden som er så fremtredende i områdene rundt Nord-Atlanteren. Til vår overraskelse finner vi indikasjoner på at denne kuldeperioden i de Polare Uralfjellene startet 2-3 hundre år tidligere enn lengre vest i Europa. Vi har pr i dag ingen god forklaring på dette, men våre velldaterte borekjerner herfra har uansett bidratt med viktige data som belyser endringene i denne regionen. Vi finner også her at det Holosene klimaoptimumet inntraff så tidlig som for 10 000 år siden da store deler av fjellkjeden ble skogkledd. En fullstendig avskoging skjedde for ca 4000 år siden som et respons på at klimaet ble kaldere igjen frem mot den Lille Istiden.

The project has contributed to a better understanding of the role of the Arctic in the global climate system, including driving forces for climate change. This is especially true of the glaciation history and how the climate has affected the growth and decay of glaciers. A particularly surprising finding is that in the Ural Mountains, the glaciers during the Last Glacial Maximum (LGM) were only slightly larger than today while the whole of Scandinavia and Svalbard at this time were covered by gigantic ice sheets. Through DNA, pollen and other fossil analysis we have gained a completely new and more detailed picture of the vegetation and fauna history. Studies of the mollusk fauna from Svalbard and Northern Russia provide new knowledge of the ocean climate during interglacial periods. The results may contribute to refine Ice Sheet, General Circulation Climate and Earth System Models, and thus help to improve the predictive capacity with respect to future changes in the cryosphere.

The overall aim of the CHASE project is to document the climate variability and environmental responses in the Eurasian Arctic, focusing on the past development in the Barents-Kara Sea region and adjacent landmasses. We will address the climatic changes in the Eurasian Arctic throughout the last glacial-interglacial cycle up to the present and assess the impact this variability had on glaciers, landscapes, ecosystems, and early human occupation. The investigations will be a direct follow up of several projects in Northern Russia spearheaded by participants of the research group seated in Bergen. In this proposal we will investigate some unprecedented high-resolution lake records from the Polar Urals together with some other archives in the Russian Arctic. Jointly, these records are spanning some of the most dramatic climatic shifts that have taken place in the Eurasian Arctic over the last 130,000 years. We anticipate that the proposed investigations will provide us with new and important knowledge about the pattern and magnitude of the past climatic changes and their consequences for the ecosystems and landscape evolution. This includes the interaction with ice sheets and alpine glaciers, vegetation cover, run off and the marine environment. In addition to geological and palynological methods we will employ new and novel molecular tools (ancient DNA) and compound-specific isotope analysis (2H,18O) of organic remains that will allow us to reconstruct past floras well as well as the temperature and moisture balance history to a detail that has not been possible earlier. The proposed investigations will be carried out in close collaboration with the newly established German-Russian project termed PLOT (2017-2019) that will undertake a new coring campaign all across the northern margin of the Eurasian continent.