Vaba hapniku hulga suurenemine Maa atmosfääri algas 2,4 miljardit aastat tagasi Suure Hapniku Sündmuse käigus ja lõppes umbes 2,06 miljardi aasta eest. See tõi kaasa muutused Maa aineringetes – suurenes mandritel murenemine ja kasvas toitainete hulk ookeanides, mille tõttu suurenes ka orgaaniliste ühendite hulk  süsihappegaasist  foto- või kemosünteesi abil.

Suure Hapniku Sündmusga samal ajal toimus ka Maa ajaloo suurim süsinikuringe häire, mida tuntakse Lomagundi-Jatuli Isotoopsündmusena (L-J). Sellest annavad aimu meredes settinud ebaharilikult raske süsiniku isotoopkoostisega karbonaatsed kivimid.

Arvatavasti kasvas Suure Hapniku Sündmuse ajal hapnikutase atmosfääris umbes pooleni tänapäevasest, vähenedes pärast L-J Isotoopsündmust kiiresti ainult 0,1%-ni tänapäevasest. Kuna orgaanilise ainese mattumine ehk eemaldamine süsinikuringest suurendab vaba hapniku hulka atmosfääris, on alust arvata, et Suur Hapniku Sündmus ja L-J Isotoopsündmus on omavahel seotud.

Kuid siiani ei ole L-J Isotoopsündmuse aegsetest settekivimitest leitud märke, mis viitaks samaaegsele suurenenud süsiniku mattumisele. Küll aga on teada, et pärast L-J Isotoopsündmust tekkisid meredes esmakordselt Maa ajaloos kõrge orgaanilise ainese sisaldusega settekivimid.

Väga suure orgaanikasisaldusega on näiteks mudakivi šungiit, mida kaevandatakse Äänisjärve ääres, kus pärinevad ka Tartu Ülikooli ökoloogia ja maateaduste instituudi geoloogi Timmu Kreitsmanni doktroritöös kasutatud proovid.

"Minu töö ei keskendunud mudakividele, uurisin mudakivide vahel olevaid dolomiidikihte," selgitas Kreitsmann. "Küll aga on meie töörühm šungiiti uurinud, et leida selles peituvat informatsiooni varajasel Maal valitsenud keskkonnatingimuste kohta."

Kreitsmann lisas, et seniste uuringute tõlgendused on vasturääkivad: väidetakse, et pärast L-J Isotoopsündmust vähenes atmosfääris hapniku hulk kiiresti, teised viitavad aga püsivale kõrgele hapnikutasemele.

Kreitsmann ise keskendus Zaonega kihistu karbonaatide süsiniku isotoopkoostise ning haruldaste muldmetallide muutustele ning selgitas nende põhjal, kuidas muutus iidne mereline keskkond vahetult L-J Isotoopsündmuse järgselt.

"Analüüsisin Tartu Ülikooli geoloogide eestvedamisel kolme Loode-Venemaal 60 meetri sügavuselt kogutud puursüdamiku andmeid ning venelaste poolt puuritud Onega puursüdamiku materjali, mis ulatub 3,5 km sügavuseni. Minu kõige sügavamad proovid pärinevad aga 1,1 km sügavuselt," selgitas Kreitsmann andmete päritolu.

Puursüdamikest saagis Kreitsmann välja paari sentimeetrise klotsi, mille lihvitud pinnalt kirjeldas skaneeriva elektronmikroskoobi abil mineraalide esinemine kivis. Lisaks määras ta proovidest mineraloogilise ning keemilise koostise.

Hindamaks, kas kihistus leiduv on omane ainult Onega basseinile või on tegu laiema seaduspäraga, uuris Kreitsmann ka Pilgujärvi settekihistut Petšenga basseinis – see on sarnane Zaonega kihistuga, kuid viimasest ligikaudu 60 miljonit aastat noorem.

"Basseini all peavad geoloogid silmas kunagist veekogu, kus settekivid moodustusid. Tänapäeval näeme seal settekivimeid, mis said tekkida vaid merelises keskkonnas. Onega bassein hõlmab Äänisjärve põhjapoolsemat piirkonda," kirjeldas Kreitsmann uuringupiirkonda.

Puursüdamike analüüs näitas, et setetest usaldusväärse keskkonnasignaali tuvastamiseks on oluline hinnata protsesside ulatust. Näiteks Zaonega dolomiidikihtide äärealadelt on kadunud kivimite esmased geokeemilised tunnused, kihtide siseosades on aga teave kunagiste settetingimuste kohta säilinud ­– see näitab, et kihistut  mõjutasid oluliselt  lokaalsed, Onega basseinile iseloomulikudprotsessid, millega tuleb arvestada, kui kasutada  kihistu geokeemilisi signaale kunagiste globaalsete sündmuste kirjeldamisel.

Ka Onega ja Petšenga basseinist leitud muldmetalli tseeriumi (Ce) anomaalia viitavad samuti hapnikurikkale settekeskkonnale, sest tseeriumi oksüdeerumiseks ja teistest haruldastest muldmetallidest eraldumiseks pidi Maal olema piisavalt vaba hapnikku. Seega võib tuginedes mõlema piirkonna settekihistu tseeriumi anomaalia ja karbonaatse süsiniku isotoopkoostis põhjal järeldada, et pärast  L-J Isotoopsündmust oli hapniku hulk kõrge ja muutlik ning süsinikuringe ebastabiilne, mis seab kahtluse alla senise arvamuse L-J Isotoopsündmuse järgsest kiirest vaba hapnikutaseme langusest Maal.