Forskning / Projekt

IODP Baltic Sea Expedition 347 - Östersjöns utveckling under de senaste 130000 åren.

IODP Baltic Sea Expedition 347 - Östersjöns utveckling under de senaste 130000 åren.

Under sommaren 2013 kommer det inom ramen för det internationella konsortiet IODP (Integrated
Ocean Drilling Program) att genomföras det första vetenskapliga sedimentborrningsprogrammet
i Östersjön. Undre många årtionden av geologisk forskning har forskarna varit begränsade
av den tillgängliga provtagningsutrustningen. De längsta sedimentkärnor som
provtagits har varit maximalt 15 m vilket betyder att inget sedimentmaterial
äldre än från den senaste inlandsisens avsmältning som startade för ca 16 000
år sedan kunnat undersökas. Undersökningar under de senaste femtio åren har
gett oss en relativt god bild av Östersjösänkans utveckling sedan inlandsisens
avsmältning, men situationen har varit frustrerande eftersom vi från seismiska
undersökningar vet att det finns så mycket äldre sediment att undersöka. Seismiska
undersökningar innebär att man låter en ljudpuls tränga ned i havsbotten för
att sedan studsa tillbaka från de olika jordlagren i havsbotten och registreras
av en hydrofon och lagras i seismikutrustningen ombord på
undersökningsfartyget. Geologerna kan sedan tolka det uppmätta
seismikmaterialet och bestämma vilka olika jordlager som finns och hur mäktiga
de är. Resultaten från dessa undersökningar gör att vi vet att vi bara skrapat
på ytan av Östersjöns sedimentskatt och att det finns så mycket mer att
utforska med hjälp av djupare borrningar i sedimenten, något som nu kommer att
realiseras genom Baltic Sea Expedition 347.

Bakgrund

Redan 2004 började arbetet med det som nu blir verklighet när forskare från alla länder
runt Östersjön samlades och konstaterade att det fanns många indikationer i det
samlade seismiska undersökningsmaterialet som visade att i södra och centrala
Östersjön fanns sediment mycket äldre än de som tidigare undersökts. Det
konstaterades också att det behövdes borrningsresurser som inte något enskilt
land kunde erbjuda och därför sändes en ansökan om att få disponera ett
borrfartyg för detta ändamål till IODP. IODP består av tre huvudpartners; USA,
Japan och Europa genom European Consortium for Ocean Research Drilling (ECORD).
Sverige är medlem av IODP genom det ekonomiska bidrag till ECORD som
Vetenskapsrådet sedan många år bidragit med för att t.ex. bereda svenska
forskare möjlighet att delat i oceanborrningsexpeditioner inom IODP’s regi i
världens alla oceaner. Nu kommer även möjligheten att få ta del av dessa
internationella resurser för ett borrningsprogram unikt för Östersjön då IODP´s
vetenskapliga panel bedömt att ansökan om att borra i Östersjöns sediment har ett
så hög internationellt vetenskapligt värde att man ställer borrfartygsresurser
till förfogande. Två vetenskapliga ledare (Co-chief Scientists) har utsetts ur
den grupp av forskare som stod bakom ansökan till IODP, Thomas Andrén
(Södertörns högskola) och Bo Barker Jørgensen (Århus
Universitet). Den övriga gruppen av forskare som utsetts i hård internationell
konkurens innehåller ytterligare två svenskar varav en, Elinor Andrén; också
kommer från Södertörns högskola. I detta sammanhang kan det vara värt att
påpeka att av IODP´s hittills 347 expeditioner är detta endast andra gången en
svensk utsetts till Co-chief Scientist.

Vetenskapliga frågeställningar

Det finns flera vetenskapliga frågeställningar som analyserna av sedimentkärnorna kommer att kunna ge svar på.
Detta framför allt tack vare Östersjösänkans läge mellan det kontinentala
nordöstra Europa och Nordatlanten, vilket utgör en mycket viktig länk mellan
kontinent och hav. Vi kan på goda grunder anta att det finns sediment bevarade
på Östersjöns botten som avsattes under den förra isfria tiden (interglacialen)
som kallas för Eem och existerade för ca 130 000 år sedan. Vi antar att det
innanhav som vi vet existerade i Östersjösänkan, Eemhavet, under de första ca
2500 åren hade en öppen förbindelse mellan Finska viken och Vita havet via
Karelen främst beroende på att den inlandsis (Saaleinlandsisen) som föregick
Eem var mycket tjock och nedpressningen av jordskorpan skapade förutsättningar
för denna passage. Efter detta hade Eemhavet en utveckling som i mångt och
mycket påminner om den geologiska utveckling som vi känner till att vår
nuvarande Östersjö genomgått med ett mycket viktigt undantag - Eemhavet var
aldrig på verkat av oss människor. Därför är en av de viktiga
frågeställningarna inom IODP borrprojektet att undersöka hur ett av oss
människor ostört innanhav utvecklas när klimatutvecklingen går mot en istid.
Det är ju faktiskt så att även om vi just nu upplever en tid av globalt ökande
temperaturer så vet vi att de astronomiska periodiciteter som styr istider och
mellanistider obönhörligt gör att vi går mot en ny istid.

Fler exempel på frågeställningar som resultaten från borrprojektet kan besvara är:

  • Förstå kopplingarna mellan en naturlig klimatutveckling och responsen i ett
    antropogent ostört ekosystem i Östersjön så kan våra åtgärder idag mot
    miljöförändringar bli så mycket mer effektiva och framförallt rimliga i ett
    långt tidsperspektiv.

  • En bättre förståelse av hur den storskaliga atmosfärcirkulation, som påverkar
    klimatet på norra halvklotet, varierat under de senaste 130 000 åren och
    framför allt i övergången från mellanistid-istid-mellanistid.

  • Att förstå hur havsytas nivå varierar under en mellanistid framför allt hur dess
    högsta nivå påverkar ett innanhav som Östersjön under den varmaste tiden.

  • Till vilken grad reagerade det Skandinaviska istäcket på klimatpåverkan från
    utvecklingen i Nordatlantregionen och i vilken utsträckning påverkade det
    klimatutvecklingen under tiden fram till den senaste inlandsisens maximala
    utbredning?

  • Vilka var återkopplingsmekanismerna mellan Östersjösänkan, det Skandinaviska istäcket
    och cirkulationen i Nordatlanten?

  • I vilken utsträckning är oscillationer i fronten av det Skandinaviska istäcket en
    respons på dokumenterade klimatvariationer i Nordatlantområdet?

  • Hur överlever bakterier under tiotusentals år under en inlandsis och kommer bakterierna
    att förändras av detta?

Detta är bara några få exempel på vetenskapliga frågor som kommer att kunna besvaras med
resultaten från IODP Expedition 347.

Val av borrplatser

För att erhålla sediment som representerar de senaste 130 000 åren vet vi att detta inte kan erhållas
genom borrning på en enda plats. Istället kommer borrningar genomföras på flera
ställen som valts ut för att representera ett specifikt tidsavsnitt och valen
är baserade på utförliga seismiska undersökningar. Vi kommer därför att borra i
Kattegatt sydväst om ön Anholt och i Lilla Bält för att erhålla det allra
äldsta sedimenten från Saale och Eem. Bornholmsbassängen och Hanöbukten har
valts för sediment som representerar en ålder av 80 000 till 30 000 år före
nutid och borringen i Landsortsdjupet ger oss sediment från den senaste
inlandsisen avsmältning (senaste ca 13 000 åren) med en tidsupplösning som
aldrig förr erhållits då det hittills varit omöjligt att provta stora
sedimentmäktigheter i Östersjöns djupaste del, 459 meter.

Slutligen kommer vi att borra i s.k. varvig glacial och postglacial lera i Ångermanälvens
mynning där dessa årsvarviga leror antas ha avsatts under de senaste 9000 åren
och utgör då ett världsunikt sedimentarkiv med årlig tidsupplösning.

Valet av dessa borrplatser gör att vi kan sammanställa en sedimentlagerföljd som ger oss ett
kontinuerlig, med internationella mått mätt extremt högupplöst, arkiv av data
från Östersjösänkans och Nordatlantregionens geologiska och klimatologiska
historia sedan den förra mellanistiden, Eem, för 130 000 år sedan. Detta är
något världsunik i den geologiska forskningen!

Borrteknik

För att erhålla de borrkärnor och borrhålsdata som erfordras kommer konventionella och
internationellt beprövade tekniker att användas. För de lösa sedimenten, grus,
sand, lera och gyttja används ett konventionellt kolvlod som helt enkelt faller
eller pressas ned i sedimentet. För att provta grövre sediment som morän och
framför allt för att säkerställa att provtagningen inte slutar i ett stort
block kommer de sista 5 metrarna att provtas med en roterande borrkrona som kan
penetrera morän, block och bergrund. De allra översta lösa och vattenmättade
sedimenten kommer att provtas med ett kort (<1 m) gravitationslod.

I de öppna borrhålen, när borrkärnorna insamlats, kommer ett antal parametrar att mätas genom
att sonder sänks ned i hålen och registrerar t.ex. ljudhastighet, densitet och
temperatur. Allt detta för att ge ytterligare maximalt med information från
varje borrpalts då detta är ett mycket dyrt borrprojekt och tiden och
resurserna måste utnyttjas optimalt.

Hela expeditionen beräknas ta maximalt 60 dygn och den planerade starten är mitten av juni i år.
De fartyg som kontrakterats för expeditionen av European Science Operator
(vilken är British Geological Survey) är Greatship Manisha (http://www.marinetraffic.com/ais/shipdetails.aspx?mmsi=565002000).

Borrkärnorna

Borrkärnsmaterialet kommer efter expeditionen att transporteras
till IODP´s borrkärneförråd i Bremen, Tyskland. I Bremen kommer
borrkärnorna öppnas, beskrivas och
provtas för vidare analyser och den internationella forskargruppen som valts ut
har exklusiv tillgång till materialet under ett år. Därefter är materialet
tillgängligt för alla forskare från IODP´s medlemsstater vilket gör att
Expedition 347´s medlemmar kommer att publicera sina resultat så snabbt som
möjligt för att resultaten skall ha ett högt internationellt vetenskaplig
nyhetsvärde. Eftersom vi vet att vi kommer att ha en mycket spännande historia
att berätta kommer resultaten också att spridas på ett sådant sätt och i en
sådan form att de kommer så många som möjligt till del även utanför
forskarsamhället.

Publikationer

Scientific Drilling 2015, 20 : 1-12.

The Integrated Ocean Drilling Program (IODP) expedition 347 cored sediments from different settings of the Baltic Sea covering the last glacial–interglacial cycle. The main aim was to study the geological development of the Baltic Sea in relation to the extreme climate variability of the region with changing ice cover and major shifts in temperature, salinity, and biological communities. Using the Greatship Manisha as a European Consortium for Ocean Research Drilling (ECORD) mission-specific platform, we recovered 1.6 km of core from nine sites of which four were additionally cored for microbiology. The sites covered the gateway to the North Sea and Atlantic Ocean, several sub-basins in the southern Baltic Sea, a deep basin in the central Baltic Sea, and a river estuary in the north. The waxing and waning of the Scandinavian ice sheet has profoundly affected the Baltic Sea sediments. During theWeichselian, progressing glaciers reshaped the submarine landscape and displaced sedimentary deposits from earlier Quaternary time. As the glaciers retreated they left a complex pattern of till, sand, and lacustrine clay, which in the basins has since been covered by a thick deposit of Holocene, organic-rich clay. Due to the stratified water column of the brackish Baltic Sea and the recurrent and widespread anoxia, the deeper basins harbor laminated sediments that provide a unique opportunity for high-resolution chronological studies. The Baltic Sea is a eutrophic intra-continental sea that is strongly impacted by terrestrial runoff and nutrient fluxes. The Holocene deposits are recorded today to be up to 50m deep and geochemically affected by diagenetic alterations driven by organic matter degradation. Many of the cored sequences were highly supersaturated with respect to methane, which caused strong degassing upon core recovery. The depth distributions of conservative sea water ions still reflected the transition at the end of the last glaciation from fresh-water clays to Holocene brackish mud. High-resolution sampling and analyses of interstitial water chemistry revealed the intensive mineralization and zonation of the predominant biogeochemical processes. Quantification of microbial cells in the sediments yielded some of the highest cell densities yet recorded by scientific drilling.

FörfattarePubliceringsårÄmne

Bo Barker Jørgensen

Elinor AndrenThomas Andrén

Östersjö- och Östeuropaanknytning

Ja
2015

Institution/Centrumbildning

Naturvetenskap, miljö och teknik
Miljövetenskap

Forskarutbildningsområde

Miljövetenskapliga studier

Status

Pågående

Projektledare

Thomas Andrén
Lektor, Docent
Institutionen för naturvetenskap, miljö och teknik

Personer knutna till projektet

Elinor Andren
Lektor, Docent
Institutionen för naturvetenskap, miljö och teknik


Bo Barker Jørgensen, Aarhus University

&

the 30 scientists in the Expedition 347 Science Party

Mer information

Projektstart: 2013
Projektslut: 2016

Finansiär: Vetenskapsrådet (VR)

Projektet har Östersjö- och Östeuropaanknytning: Ja

Information in English

Ämnen som projektet är knutet till

Institution/Centrumbildning som projektet är knutet till

Forskarutbildningsområde som projektet är knutet till