Taymyr revisited - a quest for former Eurasian Ice Sheets margins and megafauna extinction during the last glacial cycles

This project aims at resolving the spatial and temporal distribution of Kara Sea-based ice sheets; a research that is vital for N-S/E-W correlations and modelling of Eurasian Ice Sheets over time. Of special interest is pin-pointing the maximum ice sheet boundaries, both for the last glacial cycle and for older periods, and thereby extending our knowledge of the glaciation history of the southern part of the Taymyr Peninsula, Siberia, further back in time. This will be done by combining satellite image-based glacial morphological mapping with detailed stratigraphical and sedimentological field work, underpinned by a rigorous dating approach. It will lead to glacial cycle-scale palaeoenvironmental reconstructions and help us to understand the Arctic’s role in global climate change. Integrated into the project are also studies of ecosystem changes of the Late Pleistocene and Holocene flora and fauna. This will be done by sediment sampling of various stratigraphic units on the Taymyr Peninsula with analyses of its ancient mitochondrial and chloroplast DNA. With such an approach we will be able to monitor changes in species and population composition through time, even when no visible biological material is present. Of particular interest is the documented Late Quaternary megafauna “mass” extinction, and we believe that this approach will lead to major steps forward in our understanding of vegetation and environmental change around times of fauna extinction.

Stora delar av norra halvklotets kontinenter har periodvis varit täckta av mäktiga inlandsisar: den Nordamerikanska, den Grönländska och den Euro-asiatiska inlandsisen. Den senare kan indelas i tre delar: (i) Skandinaviska inlandsisen, (ii) Barentshavsinlandisen och, (iii) Karahavsinlandsisen. För de två senare var isen centrerad, och kanske som mäktigast, över de shelfområden som i nuvarande mellanistid är täckta av Barents- respektive Karahavet, men att de tidvis gjorde mer eller mindre stora framstötar mot söder över nuvarande landmassor i norra Ryssland och Sibirien. Den senaste glaciala cykeln (c. 115 000 – 10 000 år sedan) som vi kallar Weichsel är emellertid INTE EN istid med EN inlandsis, utan uppvisar ett antal skeden med inlandsistillväxt och följande isavsmältning, men allt under ett betydligt kallare klimat än det nuvarande, mellanistida klimatet. Dessa inlandsisar hade emellertid olika utbredning i tid och rum. Således har de senaste års forskning visat att den maximala isutbredningen inte var i fas över hela det landområde som någon gång täcktes av den Euro-asiatiska inlandsisen; i öster inom Karahavsisområdet var denna som störst i ett tidigt skede av den senaste glaciala cykeln (för c. 90 000 år sedan), medan inlandsisen i väster (det skandinaviska inlandsisområdet) var som störst för c. 20 000 år sedan.
Kunskap om de rumsliga och tidsmässiga variationerna av den forna utbredningen av de högarktiska Euro-asiatiska inlandsisarna är fundamental för rekonstruktion av den kvartära klimatutvecklingen samt för att förstå förändringar i havsnivåer, havsströmmar och inflödet av smältvatten i den Arktiska bassängen. Emellertid vet vi t.ex. mycket lite om hur stor Karahavsisen var under den senaste nedisningens maximala utbredning, och huruvida mönstret med stor is i början och liten is i slutet av en glacial cykel är något som också präglat tidigare glaciala cykler inom Karahavsisområdet. Det föreslagna forskningsprojektet är ett delprojekt inom ett nätverksforskningsprogram som går under beteckningen APEX (Arktiska Paleoklimatet och dess EXtremer). Syftet är att i detalj försöka identifiera den maximala utbredningen av Karahavs-baserade inlandsisar, både för den senaste glaciala cykeln och för äldre cykler, samt att fördjupa och i tiden bakåt förlänga vår kunskap om områdets glaciationshistoria. Projektet kommer att utföras på Taymyrhalvön i nordligaste Sibirien. Vi kommer att utföra en satellitbildsbaserad kartering av glaciala sediment och landformer med speciell tyngd på att identifiera olika randzoner för den forna isutbredningen, kombinerat med stratigrafiskt och sedimentologiskt inriktat fältarbete i öppna skärningar längs med flera av Taymyrhalvöns floder. Fältarbetet understöds av ett omfattande dateringsprogram för att fastställa åldern för olika geologiska enheter och israndlinjer. Projektet kommer att ge ökad insikt om Karahavsinlandsisarnas rumsliga och tidsmässiga uppbyggnad, maximala utbredning och avsmältning. Detta utgör grundläggande information för de paleomiljö- och paleoklimatrekonstruktioner som skall ske inom APEX-projektets ramar och för att kunna förstå Arktis roll för globala klimatförändringar och fastställa ramar för olika former av klimatmodellering.
Parallellt med detta glacialgeologiska projekt kommer också studier att utföras för att undersöka ekosystemförändringar, med tyngdpunkt på de senaste c. 50 000 årens flora och fauna. Detta utförs genom sedimentprovtagning i olika geologiska enheter på Taymyrhalvön, sedimentenheter vilka efter datering analyseras på sitt innehåll av mitokondrialt och kloroplastiskt DNA. Denna teknik gör det möjligt att utröna tidsmässiga förändringar på art- och populationsnivå, även när biologiskt material inte är synligt närvarande. Av speciellt intresse är dokumenterade massutdöenden av den senkvartära megafaunan (djur >44 kg). Genom denna teknik tror vi att vi kan få kraftigt ökad kunskap om miljöförändringarna kring – och den troliga orsaken till - dessa faunautdöenden.