Formål

Formålet med projektet er gennem maringeologiske undersøgelser at tilvejebringe ny viden om ændringer i Grønlands klima og nyere geologiske historie. Projektet  fokuserer på undersøgelser af tre vestgrønlandske kystområder. Med udgangspunkt i geologiske data fra havbundskerner samt data fra geofysiske undersøgelser vil Grønlands klimahistorie og geologiske udvikling siden sidste istid blive belyst og relateret til fremtidige klimascenarier og klimamodeller. I den forbindelse vil der blive fokuseret på de seneste 4500 års klimaudvikling for nærmere at belyse de klima- og miljøændringer, der siden den første eskimoiske indvandring har haft stor indflydelse på den grønlandske befolknings- og kulturhistorie. Ud over de maringeologiske studier vil en række andre naturvidenskabelige og humanistiske forskningfelter blive inddraget i projektet, herunder biologi, oceanografi, arkæologi og historie. Derved bliver det muligt at belyse samspillet mellem nogle af de faktorer, der siden istiden har haft indflydelse på klimaudviklingen, bosætningsmønstret og det hydrologisk kredsløb i de vestgrønlandske kystområder.

Et andet væsentlig formål med projektet er at styrke og videreudvikle det dansk-grønlandske forskningssamarbejde på de naturvidenskabelige og humanistiske fagområder. For at sikre forskeruddannelsen og forskerrekruteringen lægges der vægt på, at mindst to unge grønlandske forskere (forskeraspiranter) deltager i togtet og i den efterfølgende bearbejdning af materialet.

Videnskabelig baggrund

Inden for de seneste årti er den gennemsnitlige temperatur i Arktis steget mere end dobbelt så meget som temperaturen i resten af verden, og der er observeret en udbredt smeltning af havis. Klimamodeller forudsiger en markant temperatur­stig­ning i det arktiske område i løbet af dette århundrede, hvor vintrene vil blive kortere og varmere, hvor nedbøren vil stige samtidig med at sne- og isdækket vil blive reduceret. Denne situation er affødt af såvel kendte som endnu ikke erkendte processer og faktorer. De klimamæssige fremtidsscenarier er dog ikke unikke, idet Jordens udviklingshistorie viser både cykliske og kaotiske variationer i miljø- og klimaforhold, som i dag afspejles i såvel recente/subrecente som i fossile marine aflejringer.

Projektet vil fokusere på maringeologiske undersøgelser af tre udvalgte områder langs Grønlands vestkyst: Sydvestgrønland i Qaqortoq /Julianehåb området; Godthåbsfjorden; Disko Bugt området (Bilag 1). Med udgangspunkt i geologiske data fra havbundskerner samt data fra geofysiske undersøgelser belyses Grønlands klimahistorie og geologiske udvikling efter istidens afslutning. I projektet inddrages også undersøgelser af 3.8 milliarder år gamle marine aflejringer. Formålet med disse undersøgelser er at påvise forskelle og ligheder mellem de meget gamle aflejringer og de recente/ subrecente marine sedimenter. 

Holocæne klimavariationer og tidligere nedisning af shelfen

Projektets primære videnskabelige fokus er rettet mod maringeologiske undersøgelse af tre fjord- og shelfområder i Vestgrønland. Formålet er at etablere et overordnet billede af forskelle og ligheder  i den postglaciale udvikling af disse tre områder set i et geologisk og klimamæssigt perspektiv. Projektet har således til formål at rekonstruere ændringer i de grønlandske fjorde og shelfområders cirkulationsmønstre og relatere ændringerne til Holocæne klimaforandringer. Der vil især blive lagt vægt på  rekonstruktion af ferskvandsafsmeltningen fra den grønlandske indlandsis, havisudbredelsen og forekomsten af isbjerge ud for Syd- og Vestgrønland samt på mulige relationer og koblinger til den Nordatlantiske Thermohaline Cirkulation, herunder den tilsyneladende antifase mellem klimaforholdene i Sydgrønland og Nordvesteuropa.

Ferskvandsbalancen i polare områder er en vigtig parameter, som  påvirker det globale klimasystem, herunder også forholdene i Labradorhavet og Davisstrædet. Generelt set vil en øget ferskvandstilførsel favorisere dannelsen af havis i Labradorhavet og føre til en reduktion af dybvandskonvektionen, hvilket ifølge klimamodeller på sigt vil betyde en reduktion af den Nordatlantiske cirkulation og dermed et koldere klima i den Nordatlantiske region. Mikropaleontologiske undersøgelser af marine sedimentkerner vil give et detaljeret billede af de Sen-Holocæne klimaændringer, herunder ændringer i de overordnede nordatlantiske havstrømmes og navnlig Vestgrønlandsstrømmens påvirkning af vestgrønlandske kystområder, stormhyppighed samt variationer i mængde og udbredelse af hav- og fjordis. På shelfen ud for de store fjorde findes omfattende dal systemer, der er relateret til isafsmeltningen fra Grønlands indlandsis. Ved hjælp af side scan sonar undersøgelser vil udvalgte afsnit af disse dalsystemer blive kortlagt og deres oprindelse undersøgt. Ilulissat /Jakobshavn Isbræ munder således ud i Diskobugtområdet, hvor det udstrømmende ferskvand danner en ’ferskvandsplume’ samtidig med at havisdannelsen om vinteren fører til dannelsen af saltvand med høj densitet. Under isfrontens frem- og tilbagerykning har plumen skiftet beliggenhed, og disse ændringer vil blive kortlagt. Endvidere vil Egedsmindedybet midt i Diskobugten og den store sedimentfane neden for shelfen blive undersøgt med henblik på nærmere at kortlægge dannelsesforløb og alder af disse geologiske strukturer.

Shelfen ud for Grønlands vestkyst viser tegn på, at store mængder af isfjelde har skuret over havbunden i perioder med reduceret havniveau. Retning og omfang af disse skurestriber vil blive kortlagt gennem deep-tow side scan undersøgelser. Undersøgelser vil især blive udført i Disko Bugt området, hvor de store isfjelde fra Ilulissat Isbræ må formodes at have sat sig dybe spor i havbunden, og hvor retning og størrelse af disse spor kan fortælle om ændringer i isafstrømningens retning og styrke. Ved hjælp af geofysiske undersøgelser vil også informationer om bl.a. randmoræner, turbiditter og havniveauændringer i form af druknede eller hævede strandlinier blive kortlagt og dateret.

I forbindelse med prøvetagning med en stor bundgrab ud for Ilulissat Isfjord vil sedimenternes indhold af Ice Rafted Detritus (IRD) blive undersøgt. Da dette materiale kun kan stamme fra is, som har opsamlet materialet fra grundfjeld, der i dag er dækket af Ilulissat /Jakobshavn Isstrøm, vil en analyse af IRD bl.a. fortælle om beskaffenheden af disse i dag isdækkde bjergarter.

Der er i en tidligere geofysisk undersøgelse i Diskobugten blevet observeret en tydelig Mid-Holocæn reflektor i aflejringerne i Sydøstbugten ved Christianshåb. Reflektoren kan nås med en piston corer, hvilket muliggør en datering og undersøgelse af dannelsesmåden for denne markante enhed.

Glaciologi

I løbet af de seneste år er der sket en fokusering på ændringer i dynamikken bag isstrømme, gletsjere og isshelfer, hvilket i særdeleshed skyldes de markante tilbagesmeltninger og opbrud, som i nyeste tid har ramt en række gletsjere og isdækkede områder på globalt plan. Også i Grønland er der registreret markante ændringer i iskappens og gletschernes dynamik. Dette er bl.a. er illustreret af Ilulissat Isbræ. Isstrømmens bevægelseshastighed er således næsten fordoblet (til 13 km/år) siden 1997. Ilulissat Isfjord og Disko Bugt er i den forbindelse et unikt undersøgelsesområde, idet der foreligger en detaljeret dokumentation for isfrontens frem- og tilbagerykning siden 1850, og hvor ændringerne også afspejles i fordelingen af eskimoiske bopladser langs fjorden. Nye modelstudier viser, at en mulig respons af Grønlands indlandsis på en fortsat global opvarmning vil være, at isbræernes hastighed accelererer, at bræfronterne kan forskydes ud på shelfen samtidig med at produktionen af isbjerge øges. For at kunne forudsige iskappens respons på en global opvarmning er det vigtigt at kende de faktorer, som styrer disse bevægelser. Det er således påvist, at ændringer i en isstrøms dynamik ved isfronten hurtigt kan propagere opstrøms og markant influere på den draw-down af is, der finder sted fra iskappen til oceanerne. Denne øgede tilgang af gletcheris til oceanerne har indflydelse både på det globale havniveau og på fluxen af ferskvand til verdenshavene. Ved Ilulissat er det påvist, at en temperaturstigning i området i begyndelsen af 1900 tallet ikke påvirkede isfrontens beliggenhed. Det er derfor uklart, om denne ’ufølsomhed’ var et resultat af en forsinkelse i klima /is /oceansystemets respons til temperaturændringen eller om den nuværende pludselig ændring skyldes helt  andre faktorer. For at klarlægge mulige  faktorer, der påvirker en isstrøms stabilitet, må isbræens frem- og tilbagerykning over et længere tidsspand kortlægges og ses i lyset af tidligere klimavariationer, som er afspejlet i sedimentkernerne.

Klimaændringer, kulturmønstre og bosættelser

Store og langsomme klimaændringer kan over en kort tidshorisont ikke umiddelbart ses at influere på biologiske økosystemer og kulturer. Til gengæld kan hurtige og markante klimaskift have afgørende indflydelse på biologi og samfund - især i arktiske egne, hvor livsbetingelserne er marginale. Mennesket i Grønland har siden den første indvandring levet i kyst- og fjordområderne, og har igennem historien været påvirket af såvel små som store ændringer i det marine klima- og havmiljø. For at kunne sammenkæde informationer om ændringer i den grønlandske kulturhistorie med data om klima- og miljøændringer kombineres naturvidenskabelige og humanistiske forskningsfelter i projektet. Undersøgelserne vil bl.a. fokusere på de forskellige eskimoiske indvandringsbølger, som i løbet af de seneste 4500 år har bevæget sig langs Grønlands kyster i et forsøg på at klarlægge, om de forskellige kulturer opstod og forsvandt synkront med ændringer i klima- og miljøforhold eller om andre faktorer gjorde sig gældende.

Også den Norrøne periode, hvor europæiske bønder levede i Grønland fra ca. år 1000 til 1500 e. Kr, vil være genstand for en kombineret naturvidenskabelig og arkæologisk undersøgelse. Nordboerne bosatte sig i Grønland som landbrugere under en varmeperiode i henholdsvis Sydvestgrønland og i Godthåbsfjordsregionen. Den nordlige bygd uddøde allerede efter små 300 års bosættelse, mens bygden i Sydgrønland blev affolket inden udgangen af 1500 tallet. Foreløbige undersøgelser tyder på, at de norrøne bygders uddøen i nogen grad kan kædes sammen med klimatiske ændringer. Som led i de videre undersøgelser af årsagen til Nordboerne forsvinden vil de maringeologiske undersøgelser blive suppleret med landbaserde arkæologiske observationer af landskabs- og bebyggelseshistoriske aspekter. Disse ændringer kan belyse udviklingen i regionen ud fra samspillet mellem nordboernes sociale strategier i forhold til de geologiske informationer om ændringer i klima og miljø. I Disko Bugt området vil de kombinerede geologiske og arkæologiske undersøgelser nærmere belyse forholdet mellem det eskimoiske bosættelsesmønster, de markante havniveauændringer samt isbræens frem- og tilbagerykning. I sydgrønland vil historiske kilder blive inddraget for at belyse vandringen fra Grønland østkyst til Vestkysten i begyndelsen af 1900 tallet.

De marine klimatiske rammer

I forbindelse med den geologiske prøvetagning er det vigtigt også at indsamle fysisk og kemisk oceanografisk information med henblik på at kortlægge de marine klimatiske rammer, under hvilke den nuværende sedimentation foregår. Derved dannes grundlag for etablering af en relation mellem recente forhold og sedimentkernernes informationer om tidligere tiders marine klimaforhold. 

Det marine klima ved Vestgrønland er i dag domineret af påvirkning fra atmosfæren samt af indstrømning af Arktisk vand via Den Østgrønlandske Strøm og Atlantisk vand via Irmingerstrømmen. Dette betyder at strøm, saltholdighed og temperatur ved Vestgrønland i høj grad afhænger af havcirkulationen i Nordatlanten og dennes variabilitet. Da de Nordatlantiske Oscillation (NAO) har stor indflydelse på såvel de atmosfæriske forhold ved Grønland samt på havcirkulationen i Nordatlanten og dermed på intensiteten af indstrømningen af Polar- og Irmingervand til de vestgrønlandske farvande, er der en stor sammenhæng mellem NAO og det Vestgrønlandske marine klima. Den observerede antifase i lufttemperaturen mellem Vestgrønland og Nordeuropa er i dag velkendt og menes for en stor dels vedkommende at være relateret til NAO. I løbet at den opvarmning, som er sket i de sidste årtier over store dele af den Nordlige halvkugle, er der dog i Sydgrønland og NordøstCanada observeret en mindre afkøling, som er for markant til kun at kunne forklares ved en positiv NAO fase. Ved studier af sedimentkerner vil NAO’ens fasen /antifase gennem tiden blive belyst.

Etablering af relation mellem informationer i sedimentkerner og det marine klima vil derfor bidrage til at man via sedimenterne kan kortlægge forandringen af det vestgrønlandske marine klima tilbage i tiden, samt indirekte kortlægge tidligere tider variabilitet i NAO. Dette vil bidrage til en øget forståelse af Grønlands klima og dets effekter på den marine økologi.

Vestgrønlands marinbiologiske system

De Vestgrønlandske marine økosystemer er i dag yderst produktive og danner grundlag for et omfattende fiskeri. En forståelse af miljøforholdene udfor Grønlands vestkyst bygger på en forståelse af koblingen og styrkeforholdet imellem den kolde Østgrønlandske Strøm og den varmere Irminger Strøm. Oceanografiske undersøgelser af disse strømme vil væsentlig forbedre datagrundlaget og forståelsen af denne kobling.

Også havisen spiller en stor rolle. Observationer af havisudbredelse har vist en markant reduktion af såvel isudbredelse som istykkelse i det Arktiske Ocean og langs Grønlands Østkyst. Havisens udbredelse ud for Grønlands vestkyst er også reduceret om end i et mindre omfang. Regionale klimaberegninger forudser en forøget havisreduktion i dette århundrede. Specielt vil ændringer i udbredelsen af havis og ­tilførselen af ferskvand fra land kunne få en dramatisk indflydelse på den biologiske produktion og transporten af kulstof i havet. Forskningsresultater fra grønlandske farvande har vist, at primærproduktionen stiger som følge af reduktioner i havisdækket og deraf forøget lys til fotosyntese, hvilket vil have stor indflydelse på alle trofiske niveauer. Undersøgelserne kan på sigt afklare, hvordan de igangværende klimaforandringer påvirker udbredelse sammensætning og pro­duk­tion hos marine planter og dyr i det arktiske område. Disse data vil blive sammenholdt med data fra sedimentkernerne for at belyse udviklingen gennem tid. Ændres klimaet og havstrømmene kan det få store konsekvenser for de marine vestgrønlandske økosystemer og dermed for det grønlandske samfund.

Den marinbiologiske komponent af projektet vil gennem detaljerede undersøgelser af en transekt fra bunden af Godthåbsfjorden til ud over shelfkanten øge forståelse af sammenhænge mellem de biologiske forhold (f.eks. primærproduktion, græsning, ned­bryd­ning, fødekædestruktur og artssammensætning) og fysiske parametre (f.eks. klima, sne- og havisforhold, ferskvandstilførsel, saltholdighed, temperatur). I øvrigt vil der i forbindelse med de geologiske undersøgelser blive udført biologisk undersøgelser af bl.a. vandmassernes indhold af plankton m.v.

Det første liv og kulstofkredsløbet

Efter Jordens opståen for 4,6 milliarder år siden var Jorden udsat for et kraftigt bombarderet af meteoritter, der aftog efter ca. 700 millioner år. Derved stabiliseredes jordskorpen og blot 100 millioner år senere havde livet i form af plankton koloniseret verdenshavene. Spor af dette plankton findes i dag som biologisk dannet kulstof i verdens ældste bjergarter ved Isua i Godthåbsfjorden. Det spændende ved disse første organismer er, at de i en tidlig fase af jordens geologiske udvikling kan have medvirket til at reducere mængden af drivhusgassen kuldioxid fra atmosfæren og på den måde ave reduceret jordens temperatur på et tidspunkt, hvor varmetilførslen fra solen gennemgik en markant stigning. Det er endnu ikke fastslået om dette er tilfældet, men en eller flere faktorer må have bevirket, at jordens vandmasser ikke fordampede og dermed udtørrede kloden. I projektet vil der blive fokuseret på de 3.8 mia år gamle marine sedimenter fra Isua, hvor geokemiske og geologiske undersøgelser skal forsøge at belyse det begyndende samspil mellem Jorden og dens levende organismer. Et internationalt forskerhold vil søge efter tegn på mikrobiel nedbrydning af havbundsbjergarter for 3.8 mia. år siden. Ligeledes vil projektet forsøge at klarlægge, hvorfra vandet på Jordkloden stammer, og hvordan vandets kredsløb fungerede i Jordens tidligste historie.

For at etablere en moderne analogi til disse tidligere aflejringer, undersøges recente kulstofcykler i de vestgrønlandske fjordsystemer.  I flere meters dybde i havbunden produceres store mængder metangas som et resultat af nedbrydningen af organiske stoffer. Metan er ligesom kuldioxid en vigtig komponent i kulstofkredsløbet og som CO₂ en betydelig drivhusgas. Bekymringen for øget metanudslip fra det arktiske område skyldes, at sådanne udslip blandt andet er koblet til den globale opvarmning og kan forstærke denne. For at øge forståelse af centrale dele af kul­stofkredsløbet i det arktiske havmiljø, herunder koblingen til igangværende som tidligere klimaændringer, vil omsætning af organisk materiale og metanudslip fra havbunden blive undersøgt i de yngste dele af sedimentkernerne.

Undersøgelsesprogram

I det tværvidenskabelige projektforslag indgår følgende undersøgelsesprogrammer:

Det maringeologiske program er baseret på geofysiske, sedimentologiske, mikropalæontologiske og geokemiske analyser samt på AMS C-14 og Pb-210 dateringer af sedimentkerner fra følgende tre undersøgelsesområder: Sydgrønland, Godthåbsfjorden, og Diskobugtområdet (Bilag 1). Reflektionsseismiske undersøgelser udføres i de tre områder for at kortlægge sedimentstrukturer og lokalisere egnede sedimentbassiner til kernetagning. Sedimentkernerne tages med henholdsvis en gravity corer (6 meter kerner) og en piston corer (12 meter kerner). Endvidere vil der blive taget box cores og bundprøver med en stor grabpå alle stationer. Deep-tow side scan sonar undersøgelser udføres i dal- systemerne ud for de store fjordsystemer, mens ROV undersøgelser og vibrocoring laves i Igaliku fjorden for bl.a. at lokalisere og efterfølgende datere druknede strandliner.

Geologisk undersøgelser på land foretages med simpel prøvetagning i felten efterfulgt at geokemiske og isotopgeokemiske undersøgelser i laboratorier på land.

 Det biologiske undersøgelsesprogram vil i vandfasen bl.a. omfatte vertikale målinger af salt, temperatur, klorofyl, næringssalte, kulstof (DIC/alkalinitet), sammensætning af de væsentligste planktonkomponenter, larver, rejer og fisk. I et transekt i Godthåbsfjorden vil målinger i havbunden af O₂, kulstof (DIC)_, næringssaltudveksling mellem vandfase og havbund samt måling af kulstofbegravelse blive udført. Bestemmelse af sammensætning og udbredelse af indikatorarter blandt bundfauna. Undersøgelserne af planktonkomponenter foretages ved hjælp af Bongo-net med hhv. 500 µm og 100 µm net mens bundfaunaen undersøges i grabprøver og box cores.

Oceanografiske undersøgelser vil rutinemæssigt omfatte temperatur, tryk, vind, nedbør, lys, PAR &UVB tillige med at havisdata udfor Vestkysten erhverves fra satellit.  Det oceanografiske måleprogram består desuden af en kortlægning af områdernes horisontale og vertikale temperatur, saltholdighed og ilt forhold ved brug af CTD inkl. vandprøvetagning til kalibrering af sensorer; kortlægning at strømforhold ved brug af skibsmonteret ADCP. Kortlægning af næringssalt koncentrationer og andre geokemiske data sker via vandprøvetagning ved brug af rosette sampler koblet til CTD.

Arkæologiske og kulturhistoriske undersøgelser foretages på land som rekognosceringer i det Sydgrønlandske område, for bl.a. at lokalisere og registrere det indbyrdes forhold mellem eskimoiske og norrøne bosættelser samtidig med at der vil blive foretaget prøveudgravninger af udvalgte ruiner. Undersøgelsesprogrammet i Diskobugten vil bl.a. omfatte undersøgelser og kortlægning af det indbyrdes forhold mellem eskimoruiner og havniveau, samt bopladsernes placering i forhold til isfrontens bevægelser. Historiske kilder vil blive inddraget for at belyse den nyeste historie.

Tidsplanen for projektet er opgjort til i alt 19 døgn, heraf er 14 døgn til videnskabeligt arbejde og 5 døgn til transit/havneanløb.

Bilag 1