Particulate matter released from Austre Brøggerbreen; a study on the potential impact on chemical conditions in Bayelva and Kongsfjorden

Abstract

En direkte konsekvens av stigene temperaturer i Arktisk grunnet globale klimaendringer, er smelting av isbreer. Isbreen Austre Brøggerbreen, nærliggende Ny-Ålesund på Svalbard, har hatt den største nedgangen i massebalanse siden 1967 og frem til i dag. Når en isbre smelter, slipper den ikke kun ut store mengder smeltevann, men også store mengder partikulært materiale som for eksempel supraglacial materiale. Partikulært materiale fra smeltevann kan påvirke både fysiske og kjemiske egenskaper i Bayelva og Kongsfjorden.

I denne oppgaven ble den kjemiske sammensetningen av fast material fra tre områder, isbre, elv og fjord, studert. Prøvertakning av supraglacial materiale fra Austre Brøggerbreen, elvesediment fra Bayelva og marint sediment fra Kongsfjorden ble utført og prøver ble analysert for elementær sammensetning med ICP-MS. I tillegg ble TC, TN, TOC, TIC, ROC og pH i supraglacial materiale bestemt. Den kjemiske sammensetningen og nivåer av utvalgte sporelementer, Pb, Cd, As, Cr, Zn, Fe og Al, ble sammenlignet mellom de ulike matriksene for å kartlegge den mulige påvirkningen av utslipp av partikulært materiale fra en smeltende isbre til et smeltevannselvesystem. Forhøyede nivåer av sporelementer i supraglacial materiale har tidligere blitt rapportert, og med økende smelting av Austre Brøggerbreen er det forventet at utslipp av supraglacial materiale fra breen til Bayelva og Kongsfjorden vil øke. Derfor er en omfattende studie av den kjemiske sammensetningen av supraglacial materiale fra Austre Brøggerbreen utført og den relative elementære sammensetning av forskjellige farger (rødt, rødbrunt, brunt og svart) av materiale ble sammenlignet.

Rød og rødbrunt materialet hadde høyere konsentrasjoner av Fe og Al, mens det svarte materialet var sterk assosiert med Pb og As, som ble funnet til ha konsentrasjoner høyere enn forventende bakgrunnsnivåer i området. Dette kan være en indikasjon på mulige eksterne lokale kilder og/eller lang transport av Pb og Zn. Konsentrasjonene av flere sporelementer var også høyere i supraglacial materiale enn i elvesediment og marint sediment. Marine sedimenter funnet lenger ut i fjorden fra elveutløpet hadde høyere konsentrasjoner av Fe og Al som er assosiert med partikulært materiale i smeltevann fra Austre Brøggerbreen. Forhøyede konsentrasjonene av Pb, Cr og Zn i supraglacial materiale, i tillegg til en sterk korrelasjon til Fe og Al, indikerer transport av disse elementene med partikulært materiale fra Austre Brøggerbreen. Dette kan være årsaken til at det ble funnet høyere konsentrasjoner av Pb, Cr og Zn i marint sediment lenger ut i fjorden. Resultatene funnet i denne oppgaven bidrar med verdifull kunnskap om kjemisk status og sammensetning av smeltvannselva Bayelva og Kongsfjorden.

The decreasing mass balance of Arctic glaciers is a direct consequence of increasing temperatures due to climate change. The glacier Austre Brøggerbreen, situated close to Ny-Ålesund on Svalbard, is one of the glaciers with the highest negative cumulative mass balance over the period of 1967 up until today. The melting of glaciers does not only release large amounts of water to the glacier-fed river Bayelva but also large amount of particulate matter such as supraglacial material. The release of particulate matter can affect physical and chemical conditions in the river Bayelva and the fjord Kongsfjorden.

This thesis studied the chemical composition of solid material in the Bayelva basin and Kongsfjorden. Supraglacial material from the glacier Austre Brøggerbreen, overbank sediment from the river Bayelva and marine sediment from the fjord Kongsfjorden were collected and analyzed for elemental composition with ICP-MS. In addition, TC, TN, TOC, TIC, ROC, and pH were determined in the supraglacial material. The chemical composition and levels of selected trace elements, Pb, Cd, As, Cr, Zn, Fe and Al, were compared between the matrices to determine potential impact on the release of fine particulate matter from the melting glacier to the glacier-fed river system. Elevated levels of trace elements in supraglacial material have been reported, and with increased melting of Austre Brøggerbreen, the release of supraglacial material to Bayelva and eventually to the fjord, Kongsfjorden, is expected to increase. Therefore, a comprehensive study of the chemical composition of supraglacial material from Austre Brøggerbreen has been carried out and the relative composition of elements in different colored material (red, red-brown, brown, and black) was compared.

Red and red-brown material had higher concentrations of Fe and Al, while black material was highly associated with Pb and As, which were found in levels higher than crustal background levels indicating possible external local sources and/or long-range transport. The concentrations of several trace elements were also higher in supraglacial material than in overbank and marine sediment. Marine sediment further out from the river outlet showed higher concentrations of Fe and Al which are associated with the particulate matter released from Austre Brøggerbreen. Concentrations of Pb and Zn were elevated in supraglacial material as well as correlating strongly with Fe and Al in the marine sediments, which suggests transportation of these elements with particulate matter from Austre Brøggerbreen to Kongsfjorden. This could be the reason for the higher levels of Pb, Cr and Zn in marine sediment further out in the fjord from the river outlet. The obtained results in this thesis provide valuable knowledge on the chemical status and composition of the glacier-fed Bayelva river system and Kongsfjorden.