Rasmus Fenger-Nielsen

Archaeological sites threatened by climate change – a regional perspective from
Greenland

Arkæologiske lokaliteter i Arktis er ofte overordentlig velbevarede som et resultat af gunstige miljøforhold, hvilket inkluderer kolde temperaturer, fugtige forhold og sparsom vegetation, der minimerer nedbrydning af det arkæologiske kildemateriale. Imidlertid medfører klimaforandringer en omfattende ændring af det arktiske miljø, som har afgørende indvirkning på de arkæologiske levn: Stigende temperaturer fører til optøning af permafrost og øget mikrobiel nedbrydning; øget vegetation begrænser synlighed og adgang til lokaliteter pga. tilgroning, og planterødder forstyrrer kulturlag og artefakter; havspejlsstigninger og øget bølgeaktivitet øger kysterosion af kystnære lokaliteter.

Selvom der er omtrent 180.000 registrerede arkæologiske lokaliteter i Arktis, er meget få blevet undersøgt og der er kun begrænset viden om deres nuværende bevaringstilstand. Desuden mangles en bedre forståelse af klimaforandringernes påvirkning af levnene. Gennem fem studier bidrager denne afhandling til forståelsen af den rumlige og tidsmæssige dynamik relateret til klimatrusler mod de arkæologiske levn i Arktis.

Den første artikel (Artikel I) er et litteraturstudie af effekten af klimaforandringer på arkæologiske lokaliteter i Arktis. Ud af de 46 inkluderede artikler, er 42 udgivet efter år 2000, hvilket vidner om en øget opmærksomhed i de senere år på skaderne af de arkæologiske lokaliteter. Det konkluderes at der er et presserende behov for viden og metoder til at vurdere miljømæssige trusler mod arkæologiske levn forårsaget af klimaændringer. Denne konklusion adresseres i de øvrige studier (Artikel II-V) med fokus på Nuuk regionen i sydvest Grønland.

Artikel II undersøger nuværende og fremtidig mikrobiel nedbrydning på fem vidt forskellige arkæologiske lokaliteter, på tværs af en klimagradient, gennem numerisk modellering af jordtemperatur, vandindhold og tab af organisk kulstof. Resultaterne viser, at de organiske arkæologiske aflejringer er meget sårbare overfor mikrobiel nedbrydning på alle lokaliteter. En simulering af effekten af fremtidige klimaforandringer på nedbrydning indikerer, at 30 til 70 % af den arkæologiske del af den organiske kulstofpulje kan forsvinde i løbet af de kommende 80 år fra de øverste 50 cm af aflejringerne.

Artikel III undersøger vegetationsdækket på de samme fem arkæologiske lokaliteter. Resultaterne viser en karakteristisk bevoksning på arkæologiske lokaliteter med dobbelt så meget biomasse og et signifikant højere indhold af næringsstoffer i jorden sammenlignet med de omkringliggende områder. Disse vegetations-hotspots er synlige selv fra rummet, hvilket potentielt gør det muligt at søge efter arkæologiske lokaliteter i Arktis ved brug af satellitbilleder.

Selve effekten af vegetation på arkæologiske levn er undersøgt i Artikel IV på 14 lokaliteter fordelt i Nuuk-regionen. Begravede levn påvirkes primært af padderok (Equisetum arvense) som følge af dens dybt penetrerende rhizomer, samt pil (Salix glauca) som følge af et tæt netværk af rødder, hovedsageligt i de øvre 30 cm af jorden. Desuden forårsager tilgroning reduceret synlighed og tilgængelighed, særligt i den inderste del af fjorden, hvor pilen er udbredt.

Slutteligt præsenteres en regional multi-trusselsvurdering i Artikel V. Det gøres for første gang i en arktisk kontekst og der anvendes en skalérbar metode baseret på frit tilgængelige data. Resultaterne antyder, at størstedelen af de 336 kendte arkæologiske lokaliteter i Nuukregionen allerede er udsat for miljømæssige trusler fra mikrobiel nedbrydning, optøning af permafrost, vegetation og kysterosion og at disse indvirkninger vil øges i løbet af de kommende 80 år. Metoden repræsenterer et vigtigt første skridt mod at kunne identificere truede lokaliteter på regional skala, men den understreger også vigtige databegrænsninger.

_____________________________________________________________________________________________________________________________________

English:

Archaeological sites threatened by climate change – a regional perspective from Greenland

Archaeological sites in the Arctic are often extraordinary well-preserved due to favorable environmental conditions including cold temperatures, moist conditions and sparse vegetation, that minimize decay of the remains. However, climate change is leading to an extensive alteration of the Arctic environment with critical impacts on the archaeological remains: increasing air temperatures lead to permafrost thaw and increased microbial degradation in organic deposits; increased vegetation limit visibility and accessibility of sites due to plant overgrowth and plant roots disturb buried cultural layers and artefacts; sea level rise and increased wave action increase coastal erosion of near-shore sites.

Although the Arctic has ∼180,000 registered archaeological sites, very few have been investigated and little is known about their current state of preservation. Furthermore, a better understanding is needed of the impacts of climate change on the remains. This thesis contributes to the understanding of the spatiotemporal dynamics of environmental threats to archaeological remains in the Arctic and the influence of climate change through five interlinked studies.

The first study (Paper I) is a review of the impacts of climate change on archaeological sites in the Arctic. Out of the 46 reviewed articles, 42 were published after 2000, which demonstrates a recent increase in attention to the damage on Arctic archaeological sites. The study concludes that there is an urgent need for knowledge and methodologies to evaluate environmental threats to archaeological remains caused by climate change. This conclusion is addressed in the remaining studies (Paper II-V) with a focus on the Nuuk region in Southwest Greenland.

Paper II investigates current and future microbial degradation at five contrasting archaeological sites across a climate gradient through numerical modelling of soil temperatures, water content and loss of organic carbon (OC). The results show that the organic deposits are highly vulnerable to degradation at all sites. A simulation of the effect of future climate change on degradation indicates that 30 to 70 % of the archaeological fraction of OC could disappear within the next 80 years in the upper 50 cm of the deposits.

Paper III investigates the vegetation cover at the same five archaeological sites. The results show a distinct vegetation cover at the archaeological sites with two times more above- and below-ground biomass and a significantly higher content of soil nutrients compared to the surrounding areas. These vegetation hotspots are even visible from space, which may enable the use of satellite imagery for archaeological prospection in the Arctic.

The actual effects of vegetation on archaeological remains are investigated in Paper IV at 14 sites distributed within the Nuuk region. Buried remains are impacted by primarily Horsetail (Equisetum arvense) due to its deep penetrating rhizomes and Willow (Salix glauca) due to a dense root network mainly in the upper 30 cm of the soil. Furthermore, plant overgrowth diminishes visibility and accessibility of archaeological sites, especially in the inner parts of the fjord where willow is abundant.

Finally, a regional multi threat assessment is presented in Paper V. This is done for the first time in an Arctic context and it uses a scalable methodology based on openly available data. The results suggest that the majority of the 336 known archaeological sites in the Nuuk region are already exposed to environmental impacts from microbial degradation, permafrost thaw, vegetation and coastal erosion, and that these impacts will increase over the next 80 years. The methodology represents an important first step to identify threatened sites at the regional scale, but it also emphasizes important data limitations.