Itämeren pohjakerrostumat paljastavat aiemmat ilmastonvaihtelut Erikoistutkija Joonas Virtasalo Geologian tutkimuskeskus 3.4.2017

Baltic Sea IODP Expedition 347 Kairaamassa Pohjanlahdella! Outi Hyttinen HY geologian laitos Aarno Kotilainen Geologian tutkimuskeskus

Primary sites for Baltic IODP Theme 3: Deglacial and Holocene (MIS2 – MIS1) climate forcing Ångermanälven

Kerralliset ja pohjaeläinten sekoittamat sedimentit Halokliinin alapuolisilla alueilla sedimenteissä vuorottelevat kerralliset (raidalliset) ja pohjaeläinten sekoittamat (bioturboituneet) kerrokset Kerrallisen sedimentin kerrostuminen Itämeren syvänteissä alkoi murtovesivaiheen alussa Kerralliset ja sekoittuneet kerrokset kertovat happiolojen vaihtelusta Virtasalo JJ, Leipe T, Moros M, Kotilainen AT 2011: Physicochemical and biological influences on sedimentary-fabric formation in a large, salinity and oxygen-restricted epicontinental basin: Gotland Deep, Baltic Sea. Sedimentology 58, 352–375.

Itämeren kerrostuneisuus Itämereen virtaa suolaista (tiheää) vettä Pohjanmerestä sekä makeaa vettä valuma-alueelta Suolaisen ja makean veden väliin muodostuu pysyvä tiheyden harppauskerros (halokliini), Halokliini estää veden sekoittumista, minkä vuoksi pohjalle syntyy hapenpuute

Kerralliset ja pohjaeläinten sekoittamat sedimentit Digitaalinen kuva Röntgenkuva Onkaloiden laikuttama sedimentti - Paksuja (1 – 32 cm) kerroksia - Täysin bioturboitunut sedimentti, jossa Planolites, Arenicolites, Lockeia, Teichichnus sekä biodeformaatiorakenteita - Edustaa pidempiä hapekkaita jaksoja - Erikoistuneempi pohjaeläinyhteisö, jossa matalasti tunkeutuvia onkaloita ja kaivautumisjälkiä <0.2 mg O2 dm-3 Pl Biodef. Biodeformoitunut sedimentti - Ohuita (0,2 – 5,5 cm) välikerroksia kerrallisessa sedimentissä - Rakenteettomaksi bioturboitunut (ei tunnistettavia bioturbaatiorakenteita) - Edustaa lyhyitä hapekkaita jaksoja - Heikosti erikoistunut pohjaeläinyhteisö on häirinnyt sedimentin pintaa 0.2 – 1 mg O2 dm-3 Kerrallinen sedimentti - Edustaa merenpohjan hapettomia ”taustaoloja” (ei pohjaeläimiä) >1 mg O2 dm-3 7 Virtasalo JJ, Leipe T, Moros M, Kotilainen AT 2011: Physicochemical and biological influences on sedimentary-fabric formation in a large, salinity and oxygen-restricted epicontinental basin: Gotland Deep, Baltic Sea. Sedimentology 58, 352–375.

8000 vuotta Itämeren syvänteiden happivaihtelua ja pohjaeläindynamiikkaa

Pintaveden lämpötila ja merenpohjan hapettomuus Gotlannin syvänteessä kerrallista sedimenttiä kerrostui keskiajalla (950–1250) ja 1960- luvulta alkaen Pienellä jääkaudella (1350–1850) kerrostui bioturboitunutta sedimenttiä Pintaveden lämpötilalla voimakas vaikutus merenpohjan hapettomuuteen! Musta – orgaaninen hiili (TOC), punainen – TEXL86-rekonstruoitu pintaveden lämpötila (heinä-lokakuun vuotuinen keskiarvo), vihreä – eloperäinen pii. Harmaa palkki – sinileväkukintojen vähimmäislämpötila. Kabel K, Moros M, Porsche C, Neumann T, Adolphi F, Andersen TJ, Siegel H, Gerth M, Leipe T, Jansen E, Sinninghe Damsté JS 2012: Impact of climate change on the Baltic Sea ecosystem over the past 1,000 years. Nature Climate Change 2, 871-874.

Pintaveden lämpötila ja perustuotanto Satelliittilla kartoitettu heinäkuun keskimääräinen pintaveden lämpötila (SST, sea surface temperature), a- klorofyllin pitoisuus sekä heijaste 550 nm aalonpituudella Kabel K, Moros M, Porsche C, Neumann T, Adolphi F, Andersen TJ, Siegel H, Gerth M, Leipe T, Jansen E, Sinninghe Damsté JS 2012: Impact of climate change on the Baltic Sea ecosystem over the past 1,000 years. Nature Climate Change 2, 871-874.

Pintaveden lämpötila ja merenpohjan hapettomuus Gotlannin syvänteen mallinnetut happiolot nykyään (b), pienellä jääkaudella (c) ja pienellä jääkaudella nykyisellä ravinnekuormituksella (d) Pienellä jääkaudella Gotlannin syvänteen happiolot olisivat olleet selvästi heikommat nykyisellä ravinnekuormituksella Kabel K, Moros M, Porsche C, Neumann T, Adolphi F, Andersen TJ, Siegel H, Gerth M, Leipe T, Jansen E, Sinninghe Damsté JS 2012: Impact of climate change on the Baltic Sea ecosystem over the past 1,000 years. Nature Climate Change 2, 871-874.

Laminoituneiden sedimenttien pinta-ala Varsinaisella Itämerellä Jonsson P, Carman R, Wulff F 1990: Laminated sediments in the Baltic: a tool for evaluating nutrient mass balances. Ambio 19, 152-158.

Rannikkoalueiden hapettomuuden kehitys Itäisellä Suomenlahden matalilla rannikkoalueilla (halokliinin yläpuolella) kerrallisten sedimenttien kerrostumisen alkoi 1950-luvulla Sittemmin kerrallisten sedimenttien kerrostumista on alkanut tapahtua aina vain matalammissa altaissa Hapettomuus seuraa siis rannikkoalueiden rehevöitysmiskehitystä open sea Kotilainen A, Vallius H, Ryabchuk D 2007: Seafloor anoxia and modern laminated sediments in coastal basins of the Eastern Gulf of Finland, Baltic Sea. Geological Survey of Finland, Special Paper 45, 49–62.

Merenpohjan hapettomuus rannikkoalueilla Rannikkoalueet ovat halokliinin yläpuolella Vesimassan kerrostuneisuutta ja happipitoisuutta säätelee vuotuinen termokliini Vesimassan sekoittuminen on estynyt vain osan vuodesta -> hapettomuus harvinaisempaa.

Ilmaston ja ihmistoiminnan vaikutus Itämeren hapettomuuteen Hapettomuus Itämeren syvänteissä on seurausta: Suolaisuuden harppauskerros (halokliini) haittaa veden sekoittumista Voimakas perustuotanto pintavesissä kuluttaa happea merenpohjalla Halokliinin voimakkuutta säätelevät: Suolapulssit Pohjanmereltä (tiheän alusveden alkuperä) Sadanta (kevyemmän pintaveden alkuperä) Ilmastolliset tekijät kuten NAO vaikuttavat molempiin Perustuotannon voimakkuutta säätelevät: Lämpötila Ravinnepitoisuudet Ravinnekuormituksesta johtuva rehevöityminen on johtanut hapettomuuden laajenemiseen noin 1950-luvulta alkaen Matalilla, halokliinin yläpuolisilla alueilla merenpohjan hapettomuus on harvinaista Havaitaan lähinnä suojaisissa altaissa Ravinnekuormituksesta johtuva rehevöityminen on johtanut hapettomuuden laajenemiseen myös matalille alueille noin 1950-luvulta alkaen

Itämeren tulevaisuus IPCC ennustaa lämpenevää Lämpötilan nousun myötä lisääntyvä sadanta voimistanee Itämeren kerrostuneisuutta ja heikentää happioloja Itämeren tilan parantuminen edellyttää lisää toimia ravinnepäästöjen hillitsemiseksi