Coupled landscape–lake evolution in High Arctic Canada

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Abstract

We profiled five ice-covered lakes and two ice-covered fiords of Ellesmere Island at the northern limit of High Arctic Canada to examine their environmental characteristics, and to evaluate the long-term limnological consequences of changes in their surrounding landscape through time (landscape evolution). All of the ecosystems showed strong patterns of thermal, chemical, and biological stratification with subsurface temperature maxima from 0.75 to 12.15 °C; conductivities up to 98.1 mS cm−1 (twice that of seawater) in some bottom waters; pronounced gradients in nitrogen, phosphorus, pH, dissolved inorganic and organic carbon, manganese, iron, and oxygen; and stratified photo synthetic communities. These ecosystems form an inferred chronosequence that reflects different steps of landscape evolution including marine embayments open to the sea, inlets blocked by thick sea ice (Disraeli Fiord, Taconite Inlet), perennially ice-capped, saline lakes isolated from the sea by isostatic uplift (Lakes A, C1, C2), and isolated lakes that lose their ice cover in summer. The latter are subject to entrainment of saline water into their upper water column by wind-induced mixing (Lake Romulus; Lake A in 2000), or complete flushing of their basins by dilute snowmelt (Lake C3 and Char Lake, which lies 650 km to the south of the Ellesmere lakes region). This chronosequence illustrates how changes in geomorphology and other landscape properties may influence the limnology of coastal, high-latitude lakes, and it provides a framework to explore the potential impacts of climate change.

Cinq lacs et deux fjords recouverts de glace ont été profilés sur l'Île Ellesmere à la limite nord de l'Extrême-Arctique canadien afin d'examiner leurs caractéristiques environnementales et d'évaluer les conséquences limnologiques à long terme des changements, dans le temps, des paysages voisins (évolution du paysage). Tous les écosystèmes montraient de forts patrons de stratification thermique, chimique et biologique avec des températures maximales sous la surface de 0,75 à 12,15 ºC, des conductivités atteignant 98,1 mS cm−1 (deux fois celle de l'eau de mer) dans certaines eaux de fond, des gradients prononcés d'azote, de phosphore, de pH, de carbone dissous organique et inorganique, de manganèse, de fer et d'oxygène ainsi que des communautés photosynthétiques stratifiées. Ces écosystèmes forment une chronoséquence inférée qui reflète les différentes étapes de l'évolution du paysage, incluant les baies marines ouvertes à la mer, des bras bloqués par d'épaisses glaces marines (fjord Disraeli, bras Taconite), des lacs salins couverts de glace de façon permanente, isolés de la mer par le relèvement isostatique (lacs A, C1 et C2), et des lacs isolés qui perdent leur couvert de glace durant l'été. Ces derniers sont soumis à l'entraînement d'eau saline dans leur colonne d'eau supérieure par le brassage induit par le vent (lac Romulus; lac A en 2000) ou au lessivage complet de leur bassin par de l'eau de fonte diluée (lac C3 et le lac Char qui se trouve à 650 km au sud de la région des lacs d'Ellesmere). Cette chronoséquence montre comment les changements de la géomorphologie et des autres propriétés du paysage peuvent influencer la limnologie des lacs côtiers de haute latitude et elle fournit un cadre pour explorer les impacts potentiels du changement climatique.

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