Relative sea level, deglaciation and tsunami history deduced from isolation basins

Abstract

NORSK SAMANDRAG: <br>Denne avhandlinga tek for seg endringane i relativt havnivå – strandforskyvinga – dei siste vel 11.500 åra på kysten av Finnmark og i midtre Hardanger. Ei stor mengd kjerneprøver frå avsettingane i innsjøar som ein gong låg under havnivået, er henta inn og analysert. Grenser mellom sediment som vart avsett i salt- eller ferskvatn er bestemt ved å analysere både kiselalgar og restar etter daude dyr og planter, og tidfest ved hjelp av radiokarbondatering. I lag med presist oppmålte høgder på innsjøtersklane, gjer desse data det mogleg å rekonstruere havnivåendringane i høg detalj. Her blir det presentert havnivåkurver som syner utviklinga i fire område; Tørvikbygd i Hardanger, Sørøya og Rolvsøya i vest-Finnmark og Nordkinnhalvøya i aust-Finnmark. Desse dokumenterer samspelet mellom landheving og havnivåstiging – stort sett har landhevinga vore sterkast, men i tida mellom ca. 9-7000 år sidan var det motsette tilfelle på finnmarkskysten – da vart fleire innsjøar atter oversvømt etter å ha lege fleire tusen år over havnivået. På Rolvsøya steig havnivået opp over ein innsjø men nådde ikkje den neste som ligg rett attmed, berre omlag 60 cm høgare. Her stabiliserte det seg i meir enn tre tusen år, fram til for ca. 5000 år sidan. Etter det har havnivået falle fleire meter fram til i dag. Ei liknande utvikling er òg funne på Sørøya og Nordkinnhalvøya, men i Tørvikbygd er historia ei anna. Her vart landet mykje hardare nedpressa mot slutten av siste istid, og landhevinga har vore tilsvarande sterk, særleg det fyrste tusenåret etter at isen forsvann – da datt strandlina gjennomsnittleg med meir enn 5 cm i året. Breen som dekte Barentshavet under siste istid, smelta vekk tidlegare enn isen over Finnmark. Dette førte til sterk heving av havbotnen som også virka inn på tidleg isfrie område av ytterkysten og medførte at spranget mellom marin grense og yngre strandliner er langt større her enn langs andre delar av norskekysten. I tillegg er bidraget til hevinga frå Barentshavet, truleg i lag med ein slakare profil på innlandsisen, årsaka til at dei heva strandlinene i Finnmark hallar mindre enn dei gjer t.d. på Vestlandet. Det er funne klåre spor etter ein tsunami i fem av innsjøane på Finnmarkskysten. Dateringar syner at dette må ha vore Storeggatsunamien, som vart utløyst av eit enormt undersjøisk skred utafor Mørekysten for om lag 8100-8200 år sidan. Bølgja slo opp i alle fall 3-4 meter i høgda, og mange hundre meter innover land. Erosjonen var sterkast nært sjøen der tsunamien grov sed ned i meir enn 3000 år eldre avleiringar. Over erosjonskontakten ligg nedst eitt sandlag, fylgd av mellom anna opprivne torvbitar og gytjeklumpar som tydeleg har rulla i sanda. Den valdsamme erosjonen og dei sorterte avsettingane tilseier at tsunamien må ha råka 17 innsjøar som ikkje var islagte, og på denne tida var klimaet vesentleg kaldare enn i dag. Dette gjer det truleg at både Storeggaskredet og tsunamien hende ein gong mellom april og oktober.

ABSTRACT IN ENGLISH: <br>The work included in this thesis is based on investigations of isolation basins in mid- Hardanger, South Norway (Paper I) and at the outer coast of Finnmark, North Norway (Papers II and III). The main focus has been on reconstructing the changes in relative sea level with high precision through the Holocene. The site Tørvikbygd in Hardanger was chosen because it is one of few places, well inside a fjord in western Norway, where isolation basins are found. Accurate data on relative sea-level change are important to palaeo ice-sheet modeling, since it puts constraints on the rate of glacio-isostatic adjustment after the last glacial, and in the case of Tørvikbygd, from an area where such data have previously been missing. The new reconstruction shows that the emergence rate was extremely rapid in the first millennium of the Holocene (> 5 cmyr-1), before it slowed down and reached near standstill in the mid-Holocene. The shoreline has dropped about 16 m after the standstill until today. The results are further compared to data from a site outside the fjord mouth, and used to construct a shoreline diagram for Hardangerfjorden that deviates somewhat from previous undated morphology-based reconstructions. Displacement of the shoreline has resulted in series of raised beach ridges in nearly every bay of Finnmark, and has been studied by Quaternary geologists for more than a century. Still, almost no chronological data have been obtained, due both to scarcity of datable material onshore and to the fact that no systematic isolation basin study has been undertaken. In Paper II, radiocarbon-dated isolation basin sequences used for reconstructing sea-level curves from three areas at the outer coast are presented. These curves document the timing and magnitude of the mid-Holocene Tapes sea-level fluctuation at the localities. At the easternmost locality, evidence is also found that the strong early Holocene uplift, that took place along most of the Norwegian coastline, was here delayed for about 1000 years. The data show that the gradient of Holocene raised shorelines in Finnmark is significantly lower than in comparable coastal regions of western Norway. This is attributed to the fact that coastal Finnmark lies in the periphery of the former Barents Sea Ice Sheet, and that rebound of the seafloor affected the coast in addition to the rebound from the Fennoscandian Ice Sheet. The (earlier) demise of the Barents Sea Ice Sheet and the following rebound is also the reason for anomalously high marine limits along the outer coast of Finnmark. A number of mollusk shells and macro-algae samples from basal lake sediments both in Hardanger and Finnmark have been dated and used to reconstruct the timing of regional ice- 15 sheet retreat. These show that the fjord glacier in Hardangerfjorden retreated inland of the study site around 11,300 yr BP, whereas the outermost coast of Finnmark likely became ice free following the huge temperature rise at the onset of Bølling, ca. 14,600 yr BP. Traces of strong erosion and deposition were also found in five lakes in Finnmark (Paper III). The characteristics of the erosion and deposits leave little doubt that a tsunami inundated the lakes, and ages obtained on material picked from within or just above the deposits correlate to the ca. 8100-8200 cal yr old Storegga tsunami. It is thus shown for the first time that the Storegga tsunami propagated into the Barents Sea, and reached at least 1300 km distance from the slide. Based on the pattern of erosion, the inclusion of both rip-up peat clasts and sand-coated gyttja clasts and the sorting of sediments deposited by the tsunami, it is concluded that this took place when the lakes were not ice-covered and the ground not frozen, thus the Storegga slide and tsunami event occurred in the summer season.