Geoscience Medallist 1. Understanding the Holocene Closed-Basin Phases (Lowstands) of the Laurentian Great Lakes and Their Significance

Abstract

The Laurentian Great Lakes are a chain of five large water bodies and connecting rivers that constitute the headwaters of the St. Lawrence River. Collectively they form one of the largest reservoirs of surface freshwater on the planet with an aggregate volume of >22,000 km3. Early interpretations of the postglacial lake history implicitly assumed that the Great Lakes always overflowed their outlets. A study of Lake Winnipeg which concluded that lack of water in a dry climate had dried that lake for millennia led to re-evaluation of the Great Lakes water-level history. Using the empirical information of glacioisostatic rebound derived from 14C-dated and uptilted Great Lake paleo-shorelines, a method of computation was developed to test the paradigm of continuous lake overflow. The method evaluated site and outlet uplift independently, and lowlevel indicators such as submerged tree stumps rooted beneath the present Great Lakes were found to be lower than the lowestpossible corresponding basin outlet. Results confirmed the low-level, closed-basin hydrological status of the early Great Lakes. This status is consistent with paleoclimatic inferences of aridity during the early Holocene before establishment of the present patterns of atmospheric circulation which now bring adequate precipitation to maintain the overflowing lakes. In a sense, the early to middle Holocene phase of dry climate and low water levels is a natural experiment to illustrate the sensitivity of the Great Lakes to climate change in this era of global warming, should their climate shift to one much drier than present, or future major diversions of their waters be permitted.RESUMELes Grands Lacs Laurentiens sont une chaine de cinq grandes etendues d’eau connectees par des rivieres, constituant la source du Fleuve St-Laurent. Collectivement, ils forment un des plus grands reservoirs d’eau douce de surface de la planete avec un volume total de plus de >22,000 km3. Les premieresinterpretations de l’histoire postglaciaire des lacs supposaient implicitement que les Grands Lacs debordaient a leurs exutoires. Une etude du Lac Winnipeg, qui concluait qu’un deficit en eau durant un episode de climat aride avait desseche le lac pendant des millenaires dans le passe, a mene a la reevaluation de l’histoire du niveau de l’eau des Grands Lacs. En utilisant des donnees empiriques du relevement glacio-isostatique, derivees de littoral anciens sureleves dates au 14C, une methode de calcul a ete developpee pour tester le paradigme d’unedecharge lacustre continue. La methode a evalue le soulevement des sites et des exutoires independamment, et il a ete constate que les indicateurs de bas niveau tels que des troncs d’arbres submerges, enracines en dessous des Grands Lacs actuels, etaient en fait sous le niveau de l’exutoire correspondant le plus bas. Les resultats confirment le bas niveau et le statut de basin hydrologique ferme des Grand Lacs dans le passe. Ce statut est coherent avec des evidences paleoclimatiques d’aridite au debut de l’Holocene, avant l’etablissement des modes de circulation atmospherique actuels qui apportent des quantites de precipitation adequates au maintien des decharges lacustres. Dans un sens, la periode climatique aride du debut et du milieu de l’Holocene, et les bas niveaux d’eau constituent une experience naturelle qui illustre la sensibilite des Grands Lacs aux changements climatiques, pertinent dans le contexte actuel de rechauffement global, surtout s’il s’averait que leur climat devienne plus aride que presentement, ou que des diversions majeures des eaux soient permises.