Eesti kivimid aitasid lahendada iidse jääaja mõistatust
Üks möödunud sajandi lõpu ja käesoleva sajandi teaduslik-poliitiline lahing käib kasvuhoonegaaside väljal ja selle märk-sõnaks on süsinikdioksiid ehk siis süsihappegaas. Selle pärast, kas ja kui palju on inimene panustanud võimalikku kliimasoojenemisse, ilmselt jäädaksegi kemplema.
Süsihappegaasi tähtsuse eitajaid on toetanud üks kummaline kauge ajaloofakt. Nimelt on geolooge hämmastanud, kuidas ometi sai Ordoviitsiumi ajastu lõpul 444 miljoni aasta eest aset leida suur nõndanimetatud Hirnantia jääaeg, kui süsihappegaasi tase oli tollal arvatavalt praegusest vähemalt kümme korda suurem. Selle üle arutles märtsikuu Horisondis Rein Veskimäele antud intervjuus eesti geoloog, akadeemik Dimitri Kaljo. Ta selgitas, et süsihappegaasi sisalduse andmed on saadud 444 miljoni aasta vanuste kristallide uurimisel, kuid möönis, et „on ka metoodilist ebaselgust ning ebakindlate arvudega ei tahaks spekuleerida”.
Ajakirja New Scientist 13. märtsi numbris leidub uudisnupp, kus viidatakse märtsi alul ajakirjas Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology ilmunud artiklile, mille autorite seas on USA Indiana ülikooli teadlane Seth Young ja Dimitri Kaljo TTÜ geoloogia instituudist.
Artiklis väidetakse, et süsihappegaasi sisaldus polnudki tollal nii kõrge. Uuriti süsiniku raskema isotoobi 13C sisaldust Kanadast ja Eestist pärit kivimites, mis noil kaugetel aegadel moodustusid. Teadlased leidsid, et jääaja alul olid süsihappegaasi kontsentratsioonid siiski suhteliselt madalad. Eelnenud tulemused aga saadi teiste teadlaste poolt, kes arvutasid süsihappegaasi sisaldust atmosfääris kümne miljoni aasta pikkustes vahemikes, kuid jääaeg kestis pool miljonit aastat.
Süsihappegaasi sisalduse vähenemine oli põhjustatud vulkaanilise aktiivsuse kasvust, mille tõttu tekkisid uued silikaatkivimid. Need tõmbasid lagunedes süsihappegaasi atmosfäärist välja.
„Algul tuvastati, et Maa ajaloos vahelduvad kasvuhoone (greenhouse) ja jäähoone (icehouse) perioodid, seejärel imestati, kuidas on võimalik, et Ordoviitsiumi lõpu (Hirnantia või Sahara) jäätumine tekkis kasvuhoone perioodil,” selgitab akadeemik Kaljo.
Üks seletusi on, et süsihappegaasi osa kasvas, kuna jää alla jäid kivimid, mis võinuks seda siduda. Ja kui seejärel kasvuhooneefekti tõttu Maa soojenes, hakkas jää sulama, kaljud vabanesid, murenedes aga sidusid jälle süsihappegaasi.
„Kuid mitte ainult,” täpsustab Kaljo, „algselt oli esiplaanil hüpotees, et elusaine suurenenud tootmine viis palju süsihappegaasi käibest välja ning selle kahanemine atmosfääris kutsus esile jahenemise ja jäätumise koos ookeani veetaseme langusega.” Teine mudel, mida nimetatakse murenemise hüpoteesiks, pakub välja, et räni sisaldavate kivimite murenemine andis tõepoolest tõuke jääaja alguseks, kui aga jääkilp üha kasvas, siis nende murenemine peatus, ent süsinikku sisaldavate kivimite – nagu näiteks paas – murenemine hoogustus, kuna need jäid kuivale, sest maailmamere tase alanes ja nõnda jäätumine lõppeski.
Eesti ja Kanada kivimid
„Meie oma artiklis näitasime Eestist ja mujalt pärit geoloogiliste läbilõigete analüüsil, et mõlemad mudelid on asjakohased, mida oleme kogu aeg teadnud,” ütleb Kaljo. Tema osa oli määrata usaldusväärselt eri sügavuselt välja puuritud kivimite vanus. „See lõik oligi retsensentide kõige kuumema rünnaku-debati objekt, kuid õnneks oli meil tehtud tubli eeltöö,” ütleb ta. Puuraugust välja puuritud kivimite vanus määrati eelkõige neis kivistunud iidsete loomade, näiteks kitiinikute, konodontide ja käsijalgsete põhjal.
Süsinikul on kaks stabiilset isotoopi – kerge (12C) ja raske (13C), kusjuures esimest on Maal umbes 99 protsenti, teist üks protsent. „See suhe on looduses üldiselt püsiv, kuid väiksedki suhte anomaaliad on kõnekad,” iseloomustab Kaljo. Nende protsentide põhjal arvutatakse vastav tunnusarv δ13C, mis näitab, kui palju kahe isotoobi suhe uuritavas proovis erineb rahvusvahelisest standardist. Orgaanikarikastes kivimites on δ13C keskmiselt miinus 25 tuhandikosa, karbonaatsetes kivimites nulli lähedal.
Vastav metoodika võimaldab otsustada, kui palju iidses atmosfääris oli süsinikdioksiidi.
Süsiniku isotoopkoostise muutumised aga peegeldavad keskkonnas toimunud muutusi.
Veel 15 aasta eest loeti parimaks uurimismaterjaliks käsijalgsete kodades olevat kaltsiiti. Kuid käsijalgseid leidub kord ühtedes, kord teistes kihtides ja sugugi mitte pidevalt. „Minu eesmärgid olid geoloogilised ja selleks oli vaja läbilõikeid uurida kogu ulatuses, võttes proove ühtlase intervalliga,” ütleb Kaljo. „Õige varsti aktsepteeriti, et meie tulemused on korrektsed ja nende pidevus on selge eelis, võrreldes eelnenud analüüsiga.”
Artikli eesmärk oli maa geoloogilise arenguloo selgitamine ning selleks on Eesti kivimid sobivad. Kihtide vanuse määramiseks kasutati Tartu lähedalt Karlast 1980. aasta paiku 161–184 meetri sügavuselt saadud puur-südamikku. Need lubjakivid kuuluvad Porkuni lademesse, mille kuulsaim paljand asub Porkuni lossi pargis. Tegu on lubjaka savikivimi ehk mergliga.
Töös on Eesti lademeid võr-reldud Põhja-Kanada omadega ning leitud, et mõlemad kajastavad ühe ja sama ajastu süsiniku ringkäiku ja seega siis usaldus-väärselt ka süsihappegaasi sisaldust iidses atmosfääris.
„Selline kihiline ehk stratigraafiline dateerimine võimaldab süsihappegaasi sisalduskõvera muutusi seostada ookeani veetaseme muutustega, settimisega ja jää levikuga ning lõppude lõpuks organismide väljasuremisega eri mandritel ja nii lisanduvad geokeemilistele tõenditele kliima muutuste kohta ka geoloogilised,” selgitab Kaljo.
Tema sõnul tulemustes küll midagi eriti üllatavat ei olnud, kuna Hirnantia jäätumine polnud enam uudis. „Võib-olla võib üllatuseks pidada, et kõik nii hästi lõpuks paika loksus, kuigi detailides on veel hõõrumist piisavalt,” ütleb ta.
Et Eesti jalgealuse ajalugu on nii hästi teada, et seda saab tõhusalt kasutada Maa ajaloo uurimiseks. Sellest siis ka Ameerika teadlaste huvi meie iidsete kivimite vastu.
