Human and climate-induced changes in boreal varve characteristics and preservation

Abstract

Recent variations in varve preservation and characteristics were recorded from Lakes Lehmilampi, Vesijärvi, Kallio-Kourujärvi, Kantele, Kuninkaisenlampi, and Linnanlampi to examine how varve formation, preservation, and characteristics respond to climate and anthropogenic actions. From each lake, long cores and freeze corer samples were recovered for varve, elemental, and diatom analysis. The cores were preserved with epoxy embedding to study varve properties, such as varve thickness and varve microfacies with stereomicroscope, petrographic microscope, and X-ray radiography analysis. In the sediments of Lakes Lehmilampi and Vesijärvi, diatom identification and counting were performed from diatom slides prepared using standard procedures. A diatom-total phosphorous transfer function was applied to reconstruct diatom-inferred total phosphorus for diatom samples. In addition to diatom analysis, μXRF analysis was performed on Lake Vesijärvi sediments. Statistical analyses were conducted on Lake Lehmilampi varve parameters and climate parameters to study the factors controlling variations in the extent of varve preservation. Biogenic lamina thicknesses of Lakes Lehmilampi, Kallio-Kourujärvi, Kantele, Kuninkaisenlampi, and Linnanlampi were compared to climate parameters to evaluate the response of biogenic lamina thicknesses to variations in climate. The results show that the spatial extent of varves and corresponding hypoxia volume varied during the last 200 years in Lake Lehmilampi. The variation seems to be sensitive especially to winter and March temperatures, autumn and October precipitation as well as November temperature and the number of days with snow cover. Varve and diatom analysis suggest that these variations are more likely related to climatic than anthropogenic forcing. The onset of varve preservation in Lake Vesijärvi occurred first at the deepest point of the Enonsaari Deep in the late 1930s due to cultural eutrophication and subsequently proceeded to shallower depths. Varve preservation weakened and varve characteristics changed as a result of rehabilitation actions. Lake aeration had the single most notable impact on varve preservation as it finally terminated it. Moreover, aeration-induced turbulence transformed the accumulation zone in the vicinity of the aerator into a transport or an erosional zone. Biogenic lamina thicknesses in Lakes Lehmilampi, Kallio-Kourujärvi, Kantele, Kuninkaisenlampi, and Linnanlampi were observed to respond to changes in climate during the last 100 years despite anthropogenic influence. Growing season temperature and open water season precipitation control biogenic lamina thickness, which is thus potential for climate reconstructions.

<b>Ihmistoiminnan ja ilmaston vaikutus boreaalisten vuosilustojen ominaisuuksiin ja säilymiseen</b>

Suomalaisten järvien pohjakerrostumien avulla selvitettiin, miten järvet reagoivat ilmaston ja ihmistoiminnan muutoksiin. Ilmaston ja ihmistoiminnan vaikutusta tutkittiin pohjakerrostumien vuosilustorakenteiden muodostumisen, säilymisen ja ominaisuuksien avulla. Tutkimuksen kohteena olivat Lehmilammen, Vesijärven, Kallio-Kourujärven, Kanteleen, Kuninkaisenlammen ja Linnanlammen pohjakerrostumat. Järvistä kairattiin sekä pitkiä kairanäytteitä että jääsorminäytteitä, joista tehtiin lusto-, alkuaine-, ja piileväanalyysejä. Näytteet imeytettiin epoksiin lustojen ominaisuuksien kuten lustonpaksuuden ja lustojen mikrorakenteiden tutkimusta varten. Näitä ominaisuuksia tutkittiin stereomikroskoopin, petrografisen mikroskoopin ja röntgenkuvien avulla. Lehmilammen ja Vesijärven pohjakerrostumista tunnistettiin piilevät standardimenettelytavan mukaan. Vesijärven pohjakerrostumista mitattiin lisäksi alkuainepitoisuuksia μXRF:llä. Piileväsiirtofunktiota käytettiin piilevien avulla laskettavan kokonaisfosforin laskemiseksi. Lehmilammen lustojen säilyvyyden spatiotemporaaliseen vaihteluun vaikuttavia ilmastoparametrejä tutkittiin tilastollisien menetelmien avulla. Lisäksi Lehmilammen, Kallio-Kourujärven, Kanteleen, Kuninkaisenlammen ja Linnanlammen lustojen biogeenisen lustonosan paksuuden vastetta ilmastoparametrien muutoksiin tutkittiin tilastollisesti. Tulosten perusteella Lehmilammen lustojen säilyvyyden laajuus ja laajuutta vastaava hapettomien vesien tilavuus ovat vaihdelleet viimeisten 200 vuoden aikana. Laajuuteen on vaikuttanut erityisesti talven ja maaliskuun lämpötila, syksyn ja lokakuun sadanta, sekä marraskuun lämpötila ja lumipeitteen kesto. Lusto- ja piileväanalyysit viittaavat siihen, että Lehmilammen lustojen säilyvyyden laajuus on ennemminkin riippuvainen ilmastosta kuin ihmistoiminnasta. Vesijärvessä lustojen säilyminen alkoi ihmistoiminnan seurauksena Enonsaaren syvänteen syvimmässä osassa 1930-luvun lopussa, ja eteni tämän jälkeen syvänteen matalampiin osiin. Kunnostustoimenpiteiden vaikutuksesta lustojen säilyminen heikentyi ja lustojen ominaisuudet muuttuivat. Järven hapettamisella oli suurin yksittäinen vaikutus lustojen säilymiseen, sillä se johti lustojen säilymisen loppumiseen. Hapettimesta aiheutunut turbulenssi muutti hapettimen läheisyydessä sijainneet kerrostumisalueet transportaatio- tai eroosioalueiksi, jolloin lustonmuodostus loppui. Lehmilammen, Kallio-Kourujärven, Kanteleen, Kuninkaisenlammen ja Linnanlammen biogeenisen lustonosan paksuus on ollut riippuvainen ilmastoparametrien muutoksista viimeisten sadan vuoden aikana huolimatta valuma-alueella tapahtuneesta ihmistoiminnasta. Kasvukauden lämpötila ja jäättömän kauden sateisuus ohjaavat biogeenisen lustonosan paksuutta, mikä mahdollistaa biogeenisen lustonosan paksuuden käytön ilmastorekonstruktioissa.