Vahevöö ja planeedi tuuma geokeemiat ja tihedust peeti pikalt liiga eriilmeliseks, et need mingitki materjali vahetada saaksid, selgitas Göttingeni Ülikooli nooremteadlane Leander Kallas. Uurijad olid näinud küll mõningaid sellele viitavaid vihjeid, näiteks märganud Kanadas asuvalt Baffini saarelt pärit proovides kummalist heeliumi, vesiniku ja volframi teisendite suhet.

Üheste järelduste tegemiseks jäi neist vajaka. "Teadlased eeldasid juba varem, et tuuma ja vahevöö piiri peal toimub midagi huvitavat. Meie suutsime nüüd oma töös otseste tõenditega näidata, kuidas tuumamaterjal tuleb tõepoolest maapinnani välja. Nüüd tekib küsimus, mida me selle informatsiooniga edasi teeme," sõnas Kallas.

Võtmerolli mängis värske uuringu puhul ruteenium, rauast ligi kaks korda raskem ülirabe element. Kuna aine on lisaks äärmiselt siderofiilne, haaras raud planeedi nooruspäevil endaga kaasa lõviosa ruteeniumist. "Enne oma magistritöö alustamist polnud ma ruteeniumist mitte kunagi kuulnud. Geokeemilises mõttes on see aga vägagi märkimisväärne. Praktiliselt kogu Maa peal leiduv ruteenium kogunes juba varajases arengufaasis Maa tuuma, mis muudab ruteeniumi väga oluliseks tööriistaks tuuma keemilise mõju tuvastamiseks pinnalähedastes kivimites," selgitas nooremteadlane.

Võtmerolli mängib siinkohal ruteeniumi erinevate teisendite rikkalikkus. Kokku on elemendil seitse veidi erineva massiga stabiilset isotoopi, millest võttis töörühm luubi alla kolm. Nende isotoopide suhtelise sisalduse võrdlemist proovides võib kõrvutada sõrmejälje tuvastamisega. Maa eri osadel, sh tuumal ja vahevööl, on kujunenud ajastute jooksul neile ainulaadsed isotoopide sõrmejäljed. Kui ühe piirkonna sõrmejälge on näha kuskil mujal, peab järelikult ka nende vahel materjal liikuma.

Kuigi paberi peal näib põhimõte lihtne, peitub saatan detailides. "Ruteeniumi sisaldus tavapärastes kivimites on äärmiselt madal: keskmiselt vaid umbes üks nanogramm grammi kohta ja meie uuritud proovides veel kuni neli korda väiksem. Avastasime, et isegi kõige väiksemad õhus ringi lendavad tolmukübemed ja võõrühendid hakkasid meie analüüse kohati oluliselt mõjutama või rikkusid neid täielikult," meenutas Kallas.

Kokku võttis tal oma kolleegidega metoodika paika loksutamine enam kui aasta, enne kui töörühm tihkas Hawaiilt kogutud proove üleüldse uurima hakata. "Ühe proovi töötlemine hõlmab leostamist eri hapetega, selle üles sulatamist, destilleerimist jne. Kõik see võib võtta isegi nädala. Kui sa selle juures väiksemagi vea teed ja proov saastub, on suur hulk tööd jälle läinud," nentis nooremteadlane.

Vettpidavamaks analüüsiks uuris töörühm huvipakkuva proovi kõrval seetõttu alati standardproovi. Kui mõlema proovi tulemused nägid töötluse lõpuks sarnased välja, võis töörühm kindel olla, et analüüsi käigus ei ilmnenud soovimatuid efekte või nähtusi.

Tulemused näitasid, et Hawaii proovides nähtud ruteeniumi teisendite sõrmejälg erines märkimisväärselt vahevöö kivimite omast. Teisisõnu jõuab tuumamaterjal kuidagimoodi 3000 kilomeetri sügavuselt maapinnale. Kallas märkis, et ilmselt poleks võimaldanud sama järeldada kõik Hawaii basaltkivimid ehk töörühm oli omamoodi õnnega koos.

Lisaks ruteeniumile kuuluvad siderofiilsete elementide sekka ka veel näiteks plaatina, kuld, iriidium ja pallaadium, teadatuntud väärismetallid. Kallas nentis, et suurt materiaalset rikkust sellest inimkond tõenäoliselt ei lõika. "Tuuma ja vahevöö vahelise integratsiooni mõju maailma majandusele ja väärismetallivarude täiendamisele jääb ilmselt minimaalseks. Ma ei arva, et see uuring aitab nüüd kaasa uute maagimaardlate leidmisele ega too otsest majanduslikku kasu," laiendas nooremteadlane oma mõtet.

Küll täiendavad tulemused inimkonna teaduspärandit. "Töö aitab mõista sügavamalt meie planeedi päritolu. Usun, et täpsem arusaam Maa sisemusest võimaldab pikema aja jooksul koostada täpsemaid mudeleid ka planeedi vulkaanilise aktiivsuse, laamtektoonika ja võib-olla isegi planeedi magnetvälja käitumise kohta," lootis Kallas.

Ehkki argikeeles võib kõlada lekkiv tuum millegi soovimatuna, ei tasu geokeemiku sõnul sellega liigselt pead vaevata. "Muretsemiseks pole absoluutselt mingit põhjust. Need protsessid on kestnud tõenäoliselt juba miljardeid aastaid, alates Maa tuuma tekkimisest 4,5 miljardi aasta eest. Selle pika aja jooksul on elu Maal arenenud ja õitsenud, mis näitab, et need protsessid ei kujuta kindlasti endast inimkonnale ohtu," märkis Kallas.

Armastus geokeemia vastu

Leander Kallas meenutas, et teda hakkas Maa siseelu paeluma juba lapsepõlves. "Kui olin veel nelja või viie aastane, hakkasin lugema igasuguseid lasteentsüklopeediaid ja vulkaaniraamatuid. Seal näidati maakoore laamasid, Maa eri kihte ja kõike muud põnevat. Arvan, et see oli ikkagi hetk, kus minu huvi nii-öelda päriselt alguse sai," sõnas nooremteadlane. Uudishimu loodusteaduste vastu saatis Kallast ka läbi kooliaja, mistõttu sattus ta gümnaasiumi järel Saksamaal Göttingeni Ülikoolis maateaduste erialale.

Bakalaureusetöö raames avanes tal võimalus uurida ühte Saksamaal asuvat vulkaani. Kuigi mainitud tulemägi purskas viimati 12 000 aasta eest, äratas see Kallases kitsamat huvi geokeemia vastu. Nooremteadlane on tehtud valikutega rahul. "Eestlasena Saksamaal elamine on minu identiteeti nii inimesena kui ka teadlasena väga palju rikastanud. Kui olla pidevalt kahe kultuuri ristumispunktis, saab alati kõigele kuidagi kahe pilguga peale vaadata," sõnas Kallas.

Uuring ilmus ajakirjas Nature.