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