Eesti Looduse fotovõistlus
2006/5



   Eesti Looduse
   viktoriin


   Eesti Looduse
   fotovõistlus 2012




   AIANDUS.EE

Eesti Loodus
Artikkel EL 2006/5
Kuidas tekib kivistis

Müütides ja muinasjuttudes on kiviks muudetud üksjagu tegelasi. Paraku pole võlusõnast ega kepikeerutusest tõsielus kasu. Talupojamõistuski teab, et lõpuks sureb ja laguneb kõik elav, liikuv ja õitsev. Metsas ei näe me kivistunud puid ega putukaid ja ega kivistunud kalagi õngekonksu otsa jää.

Kivistise rahvusvaheline vaste on fossiil (ld. fossilis), millega esialgu tähistati kõiki maa seest välja kaevatud objekte. Veel kuni 18. sajandini nimetati kõiki sääraseid ebatavalisi leide fossiilideks. Seega peeti keskaegses Euroopas fossiilideks nii limuste kivistunud kodasid, ametüstikristalle kui ka kivist nooleotsi, mille oli teinud inimene [2].

Tänapäeval nimetatakse fossiilideks kunagi elanud organismide jäänuseid. Enamik neist on organismide kõvade osade – selgroogsete loomade luude ja hammaste, selgrootute kodade või toeste jäänused, mis on olnud sedavõrd vastupidavad, et pole lagunenud ka pärast looma surma. Need osad on koosnenud valdavalt orgaanilise päritoluga mineraalsest ainest ning looma eluajal on neil olnud kas sisetoese ja pehmete kudede kaitse või toidu peenestamise ülesanne.


Settekiht kaitseb. Organismile peale kantud sete on oluline kivistumise eeltingimus. Muidu rebitaks surnud loom tükkideks, luud kantaks laiali, purustataks raipesööjate hammaste all ning lõpuks trambitaks tolmuks. Mattunud organismi pehmed koed lagunevad samuti: neid hävitavad bakterid, kuigi tugevamatest mineraliseerunud osadest, nagu luud, hambad või kojapoolmed, nad enamasti jagu ei saa.

Kõige kergemini mattuvad setete alla vees elavad organismid. Setet kuhjub või liigub veekogude põhjas pidevalt ning surnud organism või tema fragment on vees nagu iga teinegi setteosake: kandub edasi veevoolu või lainetusega ning settib põhja, kui vee liikumine aeglustub. Nii võivadki surnud veeloomad kergesti setete alla mattuda. See ongi põhjus, miks kõigis maailma geoloogiamuuseumides täidavad mereloomade kollektsioonid suurima osa fondiruumidest. Samuti on erakollektsionääride kogudes trilobiidid just seetõttu populaarsemad kui näiteks dinosaurused.

Maismaaloomad tavaoludes settekihi alla ei mattu. Nende fossiilide seas pole aga haruldased tulvavee all jäänud või uppunud loomade jäänused. Paljud dinosauruste fossiilid on aga pärit kunagiste kõrbete äärealadelt, kus loomad mattusid liivatormide käigus. Seetõttu on võimalik tervete kivistunud pesitsuskolooniate, sealhulgas nii vanade kui ka noorte isendite, munade ja isegi veel sündimata loodete säilimine. Meie enda liigi evolutsiooni seisukohast oluliste inimfossiilide arvukus on suurem sellest ajast, kui tekkis komme surnud liigikaaslased matta.


Setete kivistumine ja fossiilide kujunemine. Kui sete ei satu kulutusprotsesside mõjul taasringlusse, siis mattub kord juba settinud materjal üha pakseneva settekihi alla. Mattumisega kaasneb hulk geoloogilisi protsesse, mille käigus algne pehme sete muutub kõvaks settekivimiks. Suurenev rõhk vähendab setteosakeste vahel olevat ruumi, veekeskkonnas settinud materjalist tõrjutakse vesi välja. Setteosakeste vahelised poorid võivad jääda alles, kuid suurema tõenäosusega täidetakse need põhjaveest välja kristalliseerunud mineraalse tsemendiga. Katva settekihi raskusest tekitatud kõrge rõhu ning mineraliseerumise koosmõju tõttu liituvad esialgu sidumata setteosakesed tugevaks kivimiks: liivast saab liivakivi ja karbonaatsest mudast lubjakivi. Samal ajal muutuvad ka settesse sattunud organismide jäänused. Koostismineraalide kõvadusest hoolimata võivad nad suureneva rõhu toimel puruneda või deformeeruda, settes liikuvate lahuste toimel lahustuda või ümber kristalliseeruda.

Ilmekas näide on tavaliste limuste, tigude ja karpide kodadega toimuv: kodasid moodustav aragoniit (CaCO3) on suhteliselt vähe vastupidav ja ebapüsiva struktuuriga mineraal, settesse sattunult kipub ta aja jooksul lahustuma. Lahustumisel tekib kunagise koja asemele tühimik, mis aga võib tänu settes liikuvatele mineraalsetele lahustele uuesti täituda mõne teise mineraaliga. Sage on tühikute hilisem täitumine räniga, sellisel juhul võime leida täpselt koja algset väliskuju (kuid mitte sisestruktuuri) järgiva mõnest ränimineraalist koosneva fossiili. Kui aga ümbriskivim säilitab üksnes kivistise välise vormi, tekib koja kuju järgiv jäljend ehk välisvalatis. Koja sisemuse täitnud sete võib moodustada sisevalatise.

Kivistumise käigus võib muutuda ka ebastabiilse aragoniidi kristallstruktuur – aragoniit kristalliseerub ümber CaCO3 stabiilsemaks vormiks kaltsiidiks. Nii säilib koja keemiline koostis ja väliskuju, kuid tema sisestruktuur muutub. Harvem toimub algse materjali lahustumine ning asendumine mõne teise mineraaliga üheaegselt. Sellisel juhul võib uus mineraal peegeldada organismi algset struktuuri kuni peenimate detailideni.


Kuidas sünnivad geoloogilised imed. Maailmas on leitud fossiile, mis näivad olevat eiranud üldkehtivaid loodusseadusi ning tavapäraseid arusaamu organismide säilimisest. Need on kivistised, millel on peensusteni säilinud karvad või suled, mikroskoopilised detailid või pehmete kudede struktuur. Teaduskirjanduses on kirjeldatud isegi fossiilseid embrüoid.

Tõepoolest, erandkorras võivad säilida ka organismide mineraliseerumata osad. Näiteks Siberi igikeltsast on leitud mammuteid peaaegu terviklikul kujul seetõttu, et väga madal temperatuur pärsib orgaanilise aine lagunemist. Putukad merevaigus on aga täiuslikult säilinud seepärast, et okaspuuvaik on lagundavatele bakteritele ebasoodne keskkond. Väga väike hapnikusisaldus kinnikasvavate veekogude põhjalähedastes kihtides on bakteritele samuti hukatuslik ja loob eeldused kõrgemates veekihtides elutsevate organismide kivistumiseks pärast surma.

Mitmesugused nn. konserveerivad tingimused (kiire setete alla mattumine, hapnikuvaegus, teatud keemiliste elementide suur kontsentratsioon jms.) hoiavad orgaanilise aine lagundajad eemale. Rahvusvaheliselt tuntakse selliseid kivististe leiukohti ka fossil lagerstätte nime all. Õigupoolest on see veider segu saksa ja inglise keelest. Terminiga Lagerstätte tähistatakse saksa keeles näiteks maavara leiukohta. Laenuna paljudes keeltes aga märgib fossil lagerstätte üliharuldaste, erakordse säilivusega kivististe leiukohti.

Ühed maailma tuntuimad nn. erakordse säilivusega fossiilid pärinevad Kanada Kaljumägedest ning on tuntud Burgess Shale’i fauna nime all. See on umbes 500 miljonit aastat tagasi madalas rannikumeres elanud väga mitmekesine kooslus, mis on eriti kuulus oma ebaharilike lülijalgsete poolest. Suur osa sealsetest säilmetest on pehmekehaliste loomade kolmemõõtmelised kivistised. Need organismid on fossiilsetena säilinud seetõttu, et nad kanti mudavooluga hapnikuvaesesse süvikusse, mis oli muidu eluks kõlbmatu. Nõnda ei langenud nad saagiks ei raipesööjatele põhjaloomadele ega bakteritele.

Mõnede organismide kivistumisele on kaasa aidanud asjaolu, et varajasel evolutsiooni etapil oli röövtoidulisi loomi kas vähe või nad puudusid üldse. Sobiv näide on Kambriumi-eelne, tänini küsitavusi tekitanud nn. Ediacara fauna, mis koosnes valdavalt pehmekehalistest organismidest: neil polnud tugevaid osi, mis võinuks kivistuda tavapärasel kombel. Ediacara fauna leide on aga praeguseks ajaks teada kogu maailmas. Arvatavasti viitab nende fossiilide ülemaailmne levik vaenlaste ehk neist toitunud loomade vähesusele. Sellest tulenes ka baktermattide lai levik, mis omakorda aitas madalas rannikumeres peent liiva stabiliseerides kaasa pehmete kehade jäljendite säilimisele.


Kivistumise mõttes on taimed üks eripäraseid organisme. Taim koosneb mitmest eri kuju ja ehitusega osast: oksad, juured, lehed, õied, õietolm, viljad, seemned. Mõned neist võivad taime eluajal, teised aga pärast taime surma eralduda ja kanduda eemale. Terve taim fossiilina enamasti ei säili ja seetõttu tuleb paleobotaanikutel tihtilugu eraldi leitud taimeorganid mosaiigina kokku panna. Soodsates oludes säilivad taime juured oma algses kasvupaigas ja lehed selle lähistel, kuid tüved võivad vooluveega kanduda kasvupaigast väga kaugele. Üsna sageli on tüvefossiile leitud rannikust eemal avamere setendites. Kuna õietolm ja eosed on kerged ning vastupidavama väliskestaga, kannavad tuul ja vesi need tihti emataimest üpris kaugele.

Taimed võivad fossiilidena säilida mitmel moel. Kõige tuntumad on söestunud taimefossiilid: mattunud orgaaniliste jäänuste koostises suureneb järk-järgult süsiniku kontsentratsioon. See on aeglane protsess, milles ühteaegu avaldab mõju madal kuni paarisajakraadine temperatuur ja lasuvate kivimite raskusest tingitud suur rõhk. Söestumise tulemusel jääb rakuseina moodustavast orgaanikast järele vaid peaaegu puhas süsinik ning hea säilivuse korral saab taime kudesid pisima detailini hästi vaadelda ka elektronmikroskoobiga. Oma osa on siin kindlasti söe vastupidavusel, kuna bakterid ei suuda seda lagundada. Söena võivad säilida nii tüved, lehed ja viljad kui ka sellised õrnad taimeosad nagu õied [3].

Taime organ võib kolmemõõtmelisena säilida ka siis, kui seda mineraliseerivad räni, karbonaadid või püriit. Ka sellisel juhul võib alles jääda rakuline ehitus: mineraalsed lahused tungivad taime rakku ning säilitavad rakuseina orgaanilise kattekihina, samuti võivad asendada mineraalidega ka kõik taime koed. Üks seda tüüpi kivistumise näide on Šotimaal leitud haruldane Devoni-vanuseline taimefossiilide leiukoht Rhynie Chert, kus õrnadel taimefossiilidel on tänu ränilahustele säilinud detailne siseehitus. Samal moel on seal säilinud ka taimede vahel elutsenud lülijalgsed.


Ka bakterid võivad kivistuda. Maailma vanimad fossiilid on bakterid. Neid on leitud juba 2500 miljoni aasta vanustest setetest ning üksikuid vaidlusaluseid näiteid on kirjeldatud veel varasemast ajast.

Paraku on bakterite kivistumises palju ebaselget. Tavaliselt on nende kivistumise käigus algne orgaaniline materjal asendunud apatiidi, kaltsiidi, räni, püriidi või sideriidiga. Kuid mitte kõik bakterid ei saa kivistuda, see oleneb paljudest asjaoludest, eeskätt rakukesta struktuurist. Tõenäoliselt on protsess väga selektiivne, sest paraku ei ole kivimid tulvil kivistunud baktereid, kuigi tegemist on maailma kõige arvukamate elusorganismidega. Üldjuhul laguneb rakk autolüütiliste protsesside tõttu kohe pärast bakteri surma ning ainevahetuse lakkamist. Selleks et bakter säiliks ning mineraliseeruks, peaksid need protsessid aeglustuma või hoopiski peatuma. Selle protsessi eeldus on mõne autolüüsi takistava metalli (sagedamini raua) ioonide akumuleerumine veel elavas rakukestas või tsütoplasmas [1].

Ent mõnede makrofossiilide pehmed koed on säilinud just tänu bakterite kivistumisele. Näiteks on Saksamaal Messeli põlevkivi fossiilide orgaaniline materjal pisidetailideni säilinud n.-ö. kivistunud bakterite kihtidena. Lagunemisprotsessi algstaadiumis katsid need bakterid loomade jäänused ühtlase kihina, kuid protsess peatus konserveerivate tingimuste mõjul varakult ning mineraliseerudes jäädvustas bakterite kiht looma koed. Seega võib väita, et nii mõnedki nn. erakordse säilivusega fossiilid on sellistena säilinud tänu kivistunud bakteritele.


Kivistunud jäljed. Eelneva taustal ehk ei tundugi enam kummaline, et ka jäljed võivad kivistuda. Eesti lubjakivides võib leida palju mitmesuguseid uurdeid ja käike, mis on tekkinud põhjasettes ja selle pinnal elutsenud loomade elutegevuse tagajärjel. Tavaliselt eristuvad nende käikude täited ümbritsevast kivimist erineva terasuuruse või värvusega: kõrgemal lasunud setted on tunginud sügavamale uuristatud käiku või läbis põhjamuda orgaanikast toitunud looma edasiliikumisel osa settest ka tema seedekulgla.

Kihipindadel moodustunud jäljefossiilide säilimise eeldus on kõvastunud jäljendi kattumine uue settekihiga, rikkumata aluspinnal olevaid jälgi. Sellisel moel on meieni jõudnud nii trilobiitide roomamisjäljed merepõhjas kui ka dinosauruste jäljeread kunagiste veekogude kallastel. Kõige tuntumad seda tüüpi fossiilid on nn. Laetoli jalajäljed, inimese kauge eellase jäljeread vulkaanilise tuha kihis Aafrikas [4].


Pseudofossiilid. Setete tihenemise ja ümberkristalliseerumise käigus võivad tekkida pseudofossiilid – anorgaanilised moodustised, mida võib nende ebahariliku kuju või välimuse tõttu kergesti pidada tõelisteks kivististeks. Sageli peetakse ekslikult fossiilseteks taimedeks põõsasjalt hargnevaid psilomelaani (MnO2) dendriitjaid kristalle, ehkki peale kauni, kuid petliku välimuse pole neil orgaanilise maailmaga midagi ühist. Lubjakivides tihti leiduvad kummalise kujuga ränimugulad on samuti vaid geokeemiliste protsesside tulemus. Nende puhul tuleks otsuse langetamisel olla siiski ettevaatlik, sest mõningatel juhtudel võivad nad tõepoolest peita enda sees fossiile.

Pseudofossiilid võivad tekkida ka setetes tekkivate ning ülespoole kerkivate gaaside või settest vee eraldumise toimel. Looduse enda kujundatud pseudofossiile ei tohiks aga segi ajada võltsfossiilidega, mida inimene on teadlikult valmistanud, olgu siis hea- või pahatahtlikult.


Eelneva põhjal võib jääda mulje, et kivistisi on tekkinud väga mitmel moel, kõikjal ja väga suurtes kogustes. Tegelikult on organismi kivistisena säilimine pigem harukordne erand ning paljude õnnelike asjaolude kokkulangemine. Neid protsesse, mis aitavad kaasa organismi lõplikule hävimisele pärast tema surma on tunduvalt rohkem kui kivistumist soodustavaid. Isegi juhul, kui organism esialgu kivistub, võib ta hiljem sattuda niisuguste geoloogiliste protsesside keerisesse, mis ta viimaks ikkagi hävitavad. Paraku peitub suurem osa fossiilidest sügaval maapõues, jäädes inimese jaoks alatiseks kättesaamatuks. Seega on vaja õnnelikku juhust, et fossiile sisaldavad kihid avaneksid maapinnal sellises paigas, kus nad on uurijaile kättesaadavad.


1. Liebig, Karin. 2000. Bacteria. – Briggs, Derek E. G.; Crowther, Peter R. Palaeobiology II. Blackwell: 253–255.

2. Rudwick Martin J. S. 1976. The Meaning of Fossils: Episodes in the History of Palaeontology. The University of Chicago Press.

3. Scott, Andrew C. 2000. Preservation by fire. – Briggs, Derek E. G.; Crowther, Peter R. Palaeobiology II. Blackwell: 277–279.

4. Stringer, Chris; Andrews, Peter. 2006. Evolutsioon. Inimese kujunemise lugu. Tallinn.



Oive Tinn, Tõnu Meidla
28/11/2012
26/11/2012
05/10/2012
09/07/2012
26/06/2012
26/06/2012
22/05/2012

Loe Uudistajat
E-posti aadress:
Liitun:Lahkun: 
Serverit teenindab EENet