Abstract Numerous efforts have been made in recent decades to recover the climate history of the Arctic region. The present PhD study is one of them, focusing on terrestrial sediments which were deposited in the Arctic Ocean during the Cenozoic. The Arctic Ocean, surrounded by land on all sides, is among the most important marine archives of sediments that record information of palaeoclimates, including cold climates with extensive glaciation. Evidence of ancient glaciations is generally retraced by observing widespread terrestrial ice-rafted debris (IRD) deposits on the seafloor, as large amounts of IRD are transported by icebergs during deglacial phases. However, it has been shown that sea ice also transports abundant IRD from shallow continental shelves. What is worth noticing is that glaciers and sea ice influence climate variables differently, and therefore, to model climate in past glaciations, IRD released from these factors should be differentiated. The relative proportions of glacial IRD and non-glacial IRD were determined in this study from two central Arctic Ocean expedition site recoveries: the Integrated Ocean Drilling Program’s (IODP) Arctic Coring Expedition (ACEX) 302 composite core recovery and the Swedish Polar Research Expedition’s Arctic Ocean 1996 (AO96) piston core 96/12-1pc. The main objective was to characterise and quantify the process- and environment-related microtextures of quartz sand grain surfaces. The data were subjected to statistical methods and a multiproxy approach, and the results were used to define the dynamics and timing of palaeoglaciations. The results indicate that the signals of glacial and non-glacial continental processes and the involvement of iceberg versus sea-ice rafting can be distinguished by microtextural and statistical analyses. Improvements in the general interpretation of late Pleistocene Eurasian ice sheet distribution and dynamics are provided: late MIS 4 (ca. 62–67 ka) reflects a deglacial phase with increased fluvial activity, whereas MIS 3 at ca. 45 ka is related to glacial advance characterised by the oscillating and calving Barents-Kara ice sheet. Based on the results of this study, the early glacial ice on the Arctic continent can be retraced back to the late Palaeocene ca. 56 Ma. / Tiivistelmä Arktisen alueen ilmastohistoriaa on pyritty selvittämään usein eri tavoin viime vuosikymmenten aikana. Tässä tutkimuksessa on keskitytty Jäämereen kerrostuneiden mantereelta peräisin olevien sedimenttien ominaisuuksiin. Jäämeri on yksi tärkeimmistä mannerten ympäröimistä merialueista jonka pohjan sedimentteihin on tallentunut tietoa menneistä ilmasto-oloista, kuten laajoista jäätiköitymisistä. Jään kuljettaman sedimenttiaineksen runsas esiintyminen merenpohjan kerrostumissa on yleisesti tulkittu todisteeksi menneistä jäätiköitymisistä, sillä jäävuorikuljetus on runsainta mannerjäätikön sulamisvaiheessa. Myös merijää voi kuljettaa runsaasti sedimenttiainesta joka on peräisin matalalta mannerjalustavyöhykkeeltä. Jäätiköiden ja merijään vaikutus ilmastomuuttujiin on hyvin erilainen ja siksi on tärkeää selvittää niiden osallisuus eri ilmastovaiheissa. Tässä tutkimuksessa määritettiin jäävuorien ja merijään kuljettaman sedimenttiaineksen suhteelliset osuudet kahdesta keskeisen Jäämeren tutkimusmatkan kaira-aineistosta: Integrated Ocean Drilling Program (IODP) -ohjelman Arctic Coring Expedition 302 (ACEX) -tutkimusmatkan yhdistetystä kaira-aineistosta ja Swedish Polar Research Expedition Arctic Ocean 1996 (AO96) -tutkimusmatkan kaira-aineistosta 96/12-1pc. Tärkein tavoite oli kuvata ja laskennallisesti määrittää kvartsihiekkarakeiden pintamikrotekstuurit, jotka ovat syntyneet erilaisissa prosesseissa ja ympäristöissä. Aineistoa tarkasteltiin tilastollisin- ja moniaineistomenetelmin, ja tuloksia käytettiin jäätiköiden dynamiikan ja ajoituksen määrittämiseen. Tämän tutkimuksen johtopäätöksenä voidaan todeta että jäätikköön ja ei-jäätikköön liittyvät mantereiset prosessesit, sekä jäävuori- ja merijääkuljetuksen osallisuus, voidaan erottaa mikrotekstuuri- ja tilastollisen analyysin avulla. Tutkimus tarkentaa tulkintoja myöhäis-Pleistoseenin jäätiköiden alueellisesta levinneisyydestä ja dynamiikasta: myöhäinen MIS 4 (noin 62–67 ka) oli deglasiaalivaihetta jolloin fluviaalitoiminta oli aktiivista, kun taas MIS 3 noin 45 ka liittyy jäätiköitymisvaiheeseen jolloin Barentsin-Karan jääkenttä oskilloi ja jäävuorikuljetus oli runsasta. Tutkimuksen tuloksena voidaan myös tarkentaa varhaisten Arktisten jäätiköitymisten ajankohta myöhäiseen Paleoseeniin noin 56 Ma.

Abstract In this Ph.D. thesis sediment cores from the central Arctic Ocean, southwestern Barents Sea and sediment exposures from the Kola Peninsula were investigated in order to reveal interactions between the late middle Pleistocene and late Pleistocene Arctic ice sheets, between Marine Isotope Stages 6 and 1 (MIS 6 and MIS 1). One of the main objectives of this work is to establish provenance areas for the sediments studied in the central Arctic, the southwestern (SW) Barents Sea and the Kola Peninsula, their transport mechanisms and through that their relationship to glaciations in the Arctic and to development in the Kola Peninsula during the late middle and late Pleistocene. Mineralogical and geochemical data from the core 96/12-1pc on the Lomonosov Ridge, central Arctic Ocean was studied to evaluate ice transport from circum-Arctic ice sheets and variability in sediment drainage systems associated with their decay. SW Barents Sea sediments contain important information on Late Glacial and Holocene sediment provenance characteristics in relation to ice flow patterns and ice rafting from different regional sectors. The studied SW Barents Sea sediment cores show that sediments were most likely derived from a combination of far-field Fennoscandian sources, local subcropping Mesozoic strata below the seafloor and sea ice transport. The investigation carried out on the Kola Peninsula indicates that the Eemian (MIS 5e) marine environment in the White Sea Basin and onshore coastal areas gradually changed into a glaciolacustrine environment during MIS 5d to MIS 5a. Subsequently, the Scandinavian Ice Sheet (SIS) covered the Kola Peninsula, most probably during MIS 4. The final deglaciation of the SIS on the Kola Peninsula took place, however, during the late Weichselian (MIS 2) between 16–12 ka. / Tiivistelmä Tässä väitöstutkimuksessa tutkittiin sedimenttikairanäytteitä keskeiseltä Jäämereltä ja Lounais-Barentsinmereltä sekä tarkasteltiin sedimenttiseurantoja Kuolan niemimaalla tarkoituksena selvittää myöhäisen keskipleistoseeni- ja myöhäispleistoseeniajan Arktisten jääkenttien keskinäiset vuorovaikutukset erityisesti merellisten isotooppivaiheiden 6 ja 1 (MIS 6 ja MIS 1) välillä. Tämän työn yhtenä päätavoitteena on määritellä sedimenttien lähdealueet keskeisellä Arktiksella, lounaisella Barentsinmerellä ja Kuolan niemimaalla, sedimenttien kuljetusmekanismit ja näiden perusteella riippuvuudet Arktisiin jäätiköihin ja Kuolan niemimaalla tapahtuneeseen myöhäiskeski- ja myöhäispleistoseenin kehitykseen. Mineraloginen ja geokemiallinen tieto Lomonosovin harjanteen kairauksesta 96/12-1pc, keskeisellä Jäämerellä on perusta arvioitaessa jääkuljetusmekanismeja ympäröiviltä sirkum-Arktisilta jäätiköiltä ja arvioitaessa valuma-alueiden osuutta suhteessa näiden jäätiköiden häviämiseen. Lounaisen Barentsinmeren sedimentit sisältävät tärkeätä tietoja viimeisen jäätiköitymisen loppuvaiheen ja holoseeni-ajan sedimenttien lähdealueista ja suhteista jäävirtauksiin ja jääkuljetukseen eri aluesektoreilta. Tutkitut Lounais-Barentsinmeren sedimentit osoittavat, että sedimentit olivat todennäköisimmin peräisin suhteellisen kaukaisilta Fennoscandian lähdealueilta, paikallisista mesotsoosista merenpohjan kerrostumista ja merijään kuljettamasta materiaalista. Kuolan niemimaalla tehty tutkimus osoittaa, että Eem-kauden (MIS 5e) meriympäristö Vienanmeren altaassa ja rannikkoalueilla vähitellen muuttui glaciolakustriseksi ympäristöksi MIS 5d:n ja MIS 5a:n välisenä aikana. Sen jälkeen Skandinavian jääkenttä (SIS) peitti Kuolan niemimaan, todennäköisimmin koko MIS:n 4 ajanjakson. SIS:n lopullinen deglasiaatio alkoi Kuolan niemimaalla kuitenkin myöhäisen Veiksel-jääkauden (MIS 2) aikana noin 16–12 ka sitten.