Tephrochronology is a high-precision dating method that uses volcanic ash horizons as isochrons in correlating and dating geological records and archaeological sites. First developed in the volcanic regions of the world, tephrochronology has expanded to ever more distal areas with improved laboratory and analytical methods that have enabled the utilization of even the scarcest deposits of far-travelled cryptotephra i.e. small volcanic glass shards that are invisible to the naked eye.
The objective of this dissertation is to assess the potential of cryptotephra studies and tephrochronology in Finland. No cryptotephra studies had been conducted in Finland previously, and the ultimate aim of the work presented here was to establish a first outline for a Finnish tephrochronology that could be used as a dating tool in environmental research in the region. Cryptotephra was searched from 30 peatland and lake sites from an area that covers the whole southern and central Finland from Åland archipelago in the west to the Russian border in the east. As a result, cryptotephra deposits from at least 17 Icelandic and two Alaskan volcanic eruptions were detected and geochemically characterized from the Finnish environmental archives. The oldest identified tephra in Finland is the 7 ka Hekla 5 tephra and the youngest one is the Askja 1875 tephra. The Finnish tephrochronology therefore covers approximately 7000 years and the results of this study demonstrate that dispersal of tephra to Finland has been relatively frequent throughout this time.
Within this project, the known dispersal areas of several Holocene tephras, such as Askja 1875, Hekla 1845, Hekla 1510, Landnám (Torfajökull), White River Ash eastern lobe, Hekla Ö and Aniakchak tephra were extended significantly eastwards, and the Hekla Y tephra was identified for the first time outside of Iceland. These results indicate that Icelandic tephra can travel to Finland along complex northerly and southerly pathways in addition to a direct eastwards dispersal route. Additionally, datasets of proximal geochemistry of Hekla X, Hekla Y, Hekla Z and Hekla 1845 tephras were produced and published to be used as an aid in establishing more robust correlations between the distal and proximal tephra records. The main outcome of this study is a first outline for a Finnish Holocene tephra framework. The high number of cryptotephra horizons in the framework demonstrates that there is great potential for further cryptotephra studies and utilization of tephrochronology as a dating method in Finland.
Gjóskulagatímatal er nákvæm aldursgreiningaraðferð þar sem gjóskulög eru notuð til að tengja saman og tímasetja jarðlög og fornleifar. Gjóskulagatímatal á rætur að rekja til eldvirkra svæða jarðarinnar, en þaðan hefur aðferðin dreifst til fjarlægra svæða. Þróun aðferðarfræðinni hefur leitt til nýtingar smásærra gjósku (cryptotephra eða leynigjóska) sem hefur borist langt frá eldvirkum svæðum og myndar örþunn ósýnileg lög í jarðlögum.
Í þessu doktorsverkefni er leitast við að kanna möguleika á notkun smásærrar gjósku til aldursgreininga í Finnlandi. Þessi rannsókn er fyrsta sinnar tegundar á smásærri gjósku í Finnlandi. Meginmarkmiðið með rannsókninni er að byggja upp gjóskulagatímatal í Finnlandi sem myndi nýtast sem aldursgreiningartæki í umhverfisrannsóknum í Fennóskandíu. Í verkefninu voru 30 mýrar og stöðuvötn í Suður- og Mið-Finnlandi könnuð með tilliti til tilvistar leynigjósku, og nær rannsóknarsvæðið frá Álandseyjum í vestri til landamæra Finnlands og Rússlands í austri. Niðurstöður rannsóknarinnar leiddu í ljós tilvist leynigjóskulaga frá 19 eldgosum, þar af voru 17 frá íslenskum eldstöðvum og tvö frá eldfjöllum í Alaska. Elsta efnagreinda gjóskan sem borist hefur til Finnlands er 7000 ára gömul Heklugjóska (Hekla 5), en yngsta gjóskan myndaðist hins vegar í Öskjugosinu árið 1875. Finnska gjóskulagatímatalið spannar því síðustu 7000 ár og niðurstöður verkefnisins sýna að gjóska hefur borist tiltölulega oft til Finnlands á þessu tímabili.
Niðurstöður rannsóknarinnar sýna að mörg gjóskulög, eins og Askja 1875, Hekla 1845, Hekla 1510, Landnám (Torfajökull), White River Ash, Hekla Ö og Aniakchak hafa dreifst umtalsvert víðar enn áður hefur verið þekkt. Þar að auki er gjóskulaginu Hekla Y lýst í fyrsta sinn utan Íslands.
Niðurstöður þessa verkefnis er mikilvægur grunnur að áframhaldandi rannsóknum á smásærri gjósku í Finnlandi, Fennóskandíu og vestur Evrópu. Sá fjöldi gjóskulaga sem fundist hefur í Finnlandi í þessari rannsókn gefur tilefni til og endurspeglar mikla möguleika á frekari gjóskurannsóknum og nýtingu gjóskulaga til að tímasetja jarðlög og umhverfisbreytingar í Finnlandi.
Tefrokronologia on tarkka ajoitusmenetelmä, joka perustuu tefran eli tulivuoren tuhkan muodostamien kerrosten käyttöön arkeologisten ja geologisten ympäristöarkistojen ajoittamisessa ja korreloinnissa. Tefrokronologinen tutkimus on lähtöisin maapallon tuliperäisiltä seuduilta, joilta se on vähitellen levinnyt yhä kauemmaksi distaalialueille laboratorio- ja analyysimenetelmissä tapahtuneen kehityksen myötä. Nykyään ajoitushorisontteina on mahdollista käyttää jopa paljaalle silmälle näkymättömiä kerroksia, jotka muodostuvat kauimmaksi kantautuneista, mikroskooppisista vulkaanisen lasin partikkeleista eli kryptotefrasta.
Tämän väitöskirjan päämääränä on arvioida tefrokronologian mahdollisuuksia Suomessa. Kryptotefran esiintymistä Suomessa ei ole aikaisemmin tutkittu, ja yksi työn tärkeimmistä tavoitteista oli luoda alueellinen tefrokronologinen kehys, jota voitaisiin käyttää ajoitustyökaluna suomalaisessa ympäristötutkimuksessa. Tutkimuskohteiksi valittiin 30 suota ja järveä, joista kryptotefraa etsittiin. Tutkimusalue kattaa koko Etelä- ja Keski-Suomen aina Ahvenanmaalta Venäjän rajalle saakka. Tutkimuskohteista löytyi kryptotefraa, joka on geokemiallisen koostumuksensa perusteella peräisin ainakin 17 islantilaisesta ja kahdesta alaskalaisesta tulivuorenpurkauksesta. Vanhin geokemiallisesti tunnistettu tuhkakerros on peräisin islantilaisen Hekla keskustulivuoren n. 7000 vuotta sitten tapahtuneesta purkauksesta, ja nuorin tuhkakerrostumista on kulkeutunut Suomeen islantilaisen Askja keskustulivuoren vuoden 1875 purkauksesta. Tämän tutkimuksen tuloksena rakennettu Suomen tefrokronologinen kehys kattaa siis noin 7000 vuotta, ja sen muodostavat tefrakerrostumat osoittavat, että tulivuoren tuhkaa on levinnyt Suomeen usein kyseisen ajanjakson aikana.
Tulokset osoittavat myös, että useiden holoseenin tefrojen levinneisyysalueet ovat ulottuneet huomattavasti kauemmaksi itään kuin aiemmin on ollut tiedossa. Esimerkkejä tällaisista tefroista ovat Askja 1875, Hekla 1845, Hekla 1510, Landnám (Torfajökull), White River Ash, Hekla Ö sekä Aniakchak tefra. Lisäksi Hekla Y tefraa löytyi tämän tutkimuksen tuloksena ensimmäistä kertaa Islannin ulkopuolelta. Tulokset osoittavat, että tuhkapilvet kantautuvat Islannista Suomeen sekä suoraan lännestä että pitkin monimutkaisia pohjoisia ja eteläisiä kulkeutumisreittejä. Suomessa tehdyn kryptotefratutkimuksen lisäksi tässä väitöskirjatyössä tutkittiin Hekla X, Hekla Y, Hekla Z ja Hekla 1845 tefrojen geokemiallista koostumusta proksimaalialueiden geologisissa kerrostumissa. Uuden geokemiallisen datan avulla luotiin aiempaa luotettavampia yhteyksiä proksimaali- ja distaalialueiden tefrostratigrafioiden välille. Tämän väitöskirjan tärkein tulos on ensimmäisen suomalaisen tefrokronologisen kehyksen julkaisu. Kryptotefrahorisonttien suuri lukumäärä Suomessa osoittaa, että alueella on erinomaiset mahdollisuudet kryptotefroihin kohdistuvaan jatkotutkimukseen sekä tefrokronologian käyttämiseen ajoitusmenetelmänä.
