Tartu Ülikooli geoloogide eestvedamisel on viimasel kümnendil üsna palju tegeletud miljardite aastate vanuste sündmuste, täpsemalt Suure Hapnikusündmusega. Mis sündmusega on tegu?

Tegeleme TÜ geoloogia osakonnas eesotsas Kalle Kirsimäega vana hapniku uurimisega ja oleme pidevalt nihutanud ajapiire, mil tekkis küllaldaselt vaba hapnikku – seda nimetatakse Suureks Hapnikusündmuseks. See võis aga omakorda soodustada elu hüppelist arengut ja teha võimalikuks keeruka ehk päristuumse elu tekke.

Elu kui sellise tekkimise piire me ei nihuta, see on juba nii kaugele ära nihutatud, et meil ei ole sellele ligipääsu. Kivimitest saame aga teada, kas ja millal on atmosfääris hapnikku olnud – ka vaba hapniku tekkimise piir on üsna kaugele minevikku nihutatud – juba 2,5 miljardi aasta eest oli selgeid keemilisi märke, et atmosfääris oli väiksel hulgal hapnikku. Märgid kõrgest sisaldustest on aga vastuolulised: saame kindlad olla, et alles 600 miljonit aastat tagasi oli hapnikku keeruka elu jaoks piisavalt.

Kui kaugele ja kust jälgi otsisite?

Materjal, mida uurisime, tuleb Maa ajaloo keskelt ehk on umbes kaks miljardit aastat vana. Meid ei huvitanud niivõrd, kas hapnikku oli tol ajal Maal. Seda me juba teame, et mingil määral oli. Pigem huvitas meid, milline oli suundumus: kas hulk langes, tõusis või oli püsiv. Uuringus vaatasimegi esmakordselt, kui püsivalt hapnikku oli, sest sellel võis olla oluline mõju elu arengule Maal.

Hapnikult on keeruline küsida, kui palju teda ammustel aegadel oli. Selleks tuleb ilmselt kasutada kaudsemaid meetodeid?

Nii see paraku on. Selles uuringus keskendusime kroomi isotoopidele, mis kinnitavad meie eelnevate uuringute tulemusi. Minusugused geokeemikud tegelevad jälgelementidega, mida on kivimites vähe, kuid teades erinevate elementide omavahelisi suhteid, saab aimu, millised olid kunagised olud Maal, kaasa arvatud hapnikutasemest.

Meid on mõnikord süüdistatud nii-öelda margikogumises – esmalt uurime ühte elementi, siis järgmist ja nii võib piltlikult öeldes kogu Mendelejevi tabeli läbi lapata. See on aga siiski oluline, sest kõik elemendid annavad veidikene erinevat teavet ja kokkuvõttes saame aga terviklikuma pildi kunagistest oludest.

Miks siis just kroom?

Kroomil on eriline seos hapnikuga. Kui kroom tardkivimites tekib ja maapinnal avaneb, jõuab see lõpuks vesilahusesse, liigub jõgedest ookeani ning salvestub suures koguses vaid siis, kui atmosfääris on piisavalt hapnikku. Kroomi on raske oksüdeerida, tardkivimites on ta redutseeritud vormis.

Selleks, et kroom jõuaks vette, on ta vaja oksüdeerida ehk elektronid ära kiskuda ja selleks on vaja kõrget hapnikutaset atmosfääris kivimi paljandumise kohas. Eelmiste uuritud metallide põhjal saime teada, milline oli hapniku hulk ookeanis, kuid nüüd saime otseselt teada hapnikust atmosfääris.

Kas kuskil mujal maailmas on teie tulemusi kinnitatud või olete nii-öelda pioneerid?

Meie uuritud umbes kahe miljardi aasta tagune aeg on osa 500 miljoni aastasest perioodist otse keset Maa ajalugu. Enne ja pärast seda perioodi on veenvaid tõendeid üsna madalast hapniku hulgast, kuid meie uuritud perioodil leidsime mitmete keemiliste indikaatorite abil jälgi sellest, et hapnikku oli suhteliselt palju.

Varasemalt ei teadnud me samas täpselt, kui kaua hapnikuküllus kestis. Need võisid ka olla üksikud umbes 10 000 aasta pikkused perioodid, mille vältel hapniku jäljed kivimitesse salvestusid.  Kroomi andmetel saame väita, et see oli Maa ajaloos esimene väga pikalt hapnikurohke periood – kümneid miljoneid aastaid, tõenäoliselt rohkem kui sada miljonit aastat.

Kui sügavale tuleb selliste andmete leidmiseks kaevuda? Hiljuti puuriti Jõhvi magnetanomaalia piirkonnas üle 700 meetri sügavusele.

Materjal on pärit ligi kolme kilomeetri sügavusest puuraugust Loode-Venemaalt Äänisjärve piirkonnast. Inimesele tänavalt on kolm kilomeetrit kindlasti tähelepanuväärne sügavus, kuid geoloogi see silmi punnitama ei pane. Maavarasid, näiteks naftat, puuritakse üsna sügavalt. Eestis siiski nii sügavale puuritud ei ole ja minugi materjal ei ole pärit augu põhjast, vaid kusagil 500 kuni 2000 meetri sügavuselt.

Kas Äänisjärve puursüdamike saladustest saame ka tulevikus lugeda?

Äänisjärve piirkond on unikaalne – mida sügavamale maa ajaloos puurida, seda kehvemini kivimeid sellest ajast säilinud on. Äänisjärve kivimid on aga vanad ja suhteliselt hästi säilinud. Kuna koht on unikaalne, siis ilmselt uuritakse seda edaspidigi põhjalikult ning saame nii mõndagi uut teada.

Mina tegin kivimite keemilisi analüüse. Iga isotoobi mõõtmine on suur ettevõtmine, sest on vaja metoodikat, et just nimelt soovitud element kätte saada. Tudengina õppisin paljud metoodikad selgeks, kuid paljud asjad ikkagi ei töötanud loodetult ja lõpuks pidid kolleegid mõõtmisi veidi ümber tegema (naerab), aga tulemuste tõlgendamine on siiski valdavalt minu. Kui järgmised meetodikad selgeks saavad, on uusi tulemusi oodata.

Zooloogina tean, et kogutud koeproovid on vaja kärmelt analüüsida, sest proov laguneb ajas ja kaotab kvaliteeti. Kivi on vist ikka kivi ja ei juhtu sellega midagi või rikneb ka sügavalt maapõuest välja sikutatud puursüdamik maapinnale jõudes? 

See on hea tähelepanek. See on tõsi, et Tartu Ülikooli geoloogide keldris on näiteks vanad proovid 1960. aastate puurimisest, millest uurime graptoliitargiliiti. Nende proovidega on lood juba sellised, et kõike usaldada enam ei saa, sest aeg on oma töö teinud – väävel ja orgaanika on ära oksüdeerunud, osa materjali on ära pudisenud.

Seepärast ongi vaja aeg-ajalt puursüdamikke uuendada ja seda Eesti Geoloogiateenistus praegu teeb. Omal ajal puuriti Eesti üsna põhjalikult läbi, kuid paljud materjalidest pole säilinud määral, mis võimaldaks tänapäevaseid analüüse.

Uuringust jookseb vilkamisi läbi šungiit, mis võlukivide- ja maagiahuvliste peas tulukese süütab. Mida geoloog šungiidi võluvõimetest arvab? Mulle tundub, et sama hästi võiks taskus kanda kruusakivi.

Šungiit lipsas uuringust läbi, sest kolm kilomeetrit pikk puursüdamik läbis šungiidikihti. Šungiidi imevõimetest ei ole ma teadlik. Pigem olen skeptiline, sest selles on mürgiseid raskmetalle. Tsaar Nikolai olevat sõduritel käskinud šungiiti joogivette panna, et keha tervendada, kuid seda ma ei teeks pelgalt juba seepärast, et seal on ka näiteks uraani.

Siiski, need nii-öelda mürkide kogused on šungiidis väikesed, aga see ei tähenda, et tervet mõistust ja ettevaatlikkust peab hülgama – ära usalda kõike kuuldut. Naljakas on lugeda ja kuulda šungiidilegende, sest olen sellega palju töötanud. Kui kõik räägitu tõele vastab, olen ilmselt väga lähedal surematusele või siis väga heale tervisele.

Tuleme tagasi elu tekkimise juurde. Teie ja kolleegide andmed näitavad, et hapnikku oli Maal märkimisväärses koguses 2,1 miljardi aasta eest, kuid sellest kulus oma 0,5 miljardit aastat esimeste päristuumsete organismide tekkeni ehk tinglikult öeldes bioloogilise evolutsioonini. See ei kõla esmapilgul loogiliselt – millest nii suur ajavahe? Või kas peame uute andmete valguses evolutsiooni ümber mõtestama?

See oligi üks peamine põhjus, miks üldse uurida mineviku hapnikku ja selle mõju elu arengule. Üritasime seda teadmistelünka täita. Fossiilid ja molekulaarkellad näitavad, et päristuumsed, ehk keerukama struktuuriga eluvormid, meie eelkäijad, võisid tekkida 2,5–1,6 miljardi aasta eest. Nende tekke põhjuseks on toodud just piisava hulga hapniku olemasolu.

Tänaseks teame aga, et püsivalt ilmus atmosfääri hapnik märgatavalt varem, umbes 2,3 miljardit aastat tagasi. Esimesed kindlad päristuumsed fossiilid on aga kõigest 1,7 miljardit aastat vanad – umbes 700 miljonit aastat, mis võiks evolutsiooni jaoks olla üüratu aeg, oleks justkui vahelt puudu.

Seletusi sellele lüngale on pakutud mitmeid. Näiteks ei pruukinud hapniku tase olla siiski piisavalt kõrge või piisavalt püsiv, kuid selle arvamuse lükkasime oma uuringuga ümber – hapnikku oli palju ja stabiilselt. Seega, kui otsime põhjuseid, miks päristuumne elu tekkis märksa hiljem, siis hapnikupuudus ei ole põhjus.

Seda ajaauku geoloogid täita ei oska, kuid mängus võivad olla mis iganes ökoloogilised põhjused. Võimalik, et keerukas elu oli olemas, kuid fossiilid ei ole säilinud või ei ole neid leitud. Samas teame ka siiski, et 1,7 miljardi aasta eest ilmusid mitmekesiseid mikroskoopilised fossiilsed kooslused erinevatel mandritel üsna üheaegselt. Võimalik, et varem ei olnud neil organismidel piisavalt keerukaid osi, mis saanuks säilida.

Teine võimalus on, et tollal tekkinud kivimid ei soosinud fossiilide säilimist. Samas on ka arvatud, et võib-olla evolutsioon võttiski palju aega. Ühest vastust ei ole.