Eesti Looduse fotovõistlus
2010/11



   Eesti Looduse
   viktoriin


   Eesti Looduse
   fotovõistlus 2012




   AIANDUS.EE

Eesti Loodus
Väitekiri EL 2010/11
Eestlased joovad liustikuvett

Suur osa eestlasi ammutab oma joogivee Eesti kõige sügavamast ja enamikku mandriosa hõlmavast Kambriumi-Vendi põhjaveeladestikust. Kuna Eesti aluspõhja kivimid lasuvad kaldu, siis paikneb veeladestik põhjarannikul 60 meetri ning Lõuna-Eestis kuni 700 meetri sügavusel. Autori hiljuti Tartu ülikooli ökoloogia- ja maateaduste instituudi geoloogiaosakonnas kaitstud doktoritöö tõi selgust selle põhjavee ajalukku.

Töö eesmärk oli selgitada Kambriumi-Vendi põhjaveeladestiku vee keemilise ja isotoopkoostise kujunemist. Uuriti põhjavees leiduvaid peamisi ioone (Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Cl–, HCO3– ja SO42–) ning süsiniku-, väävli- ja hapnikuisotoope.
Hapnikku leidub looduses peamiselt kolme isotoobina, massiarvuga 16, 17 ja 18. Aatomi massi erinevuse tõttu käituvad need isotoobid füüsikalistes protsessides erinevalt. Settesse kogunevad pigem raskemad, aurufaasi aga jällegi kergema aatommassiga isotoobid. Seda nähtust nimetatakse isotoopseks fraktsioneerumiseks.
Fraktsioneerumise tõttu sisaldavad sademed ekvaatori lähedal rohkem raskeid isotoope kui külmematel aladel, kus aurumist on vähem ning kuhu jõudnud pilvedest on enamjagu raskemaid isotoope juba varem välja sadenenud. Nii on iga ala sademetele omane mingi kindel 18O ja 16O aatomite suhe, näiteks Eesti puhul on see näitaja –10,8 kuni –12,8‰, Gröönimaal aga kõigest –20‰ (see arv esitatakse suhtelise erinevusena teatud etalonväärtusest).

Sademete isotoopkoostis peegeldub ka kohalike veekogude ja põhjavee isotoopkoostises. Ometi on Eestis erandiks Kambriumi-Vendi veeladestu põhjavesi, milles raske 18O aatomeid on vähem kui Eesti sademetele üldiselt omane: kõigest –22,5 kuni –18,5‰. Selle fenomeni põhjustajaks on arvatud 27 000 – 10 000 radiosüsinikuaastat (umbes 29 000 – 13 000 päikeseaastat) tagasi Eestit katnud liustiku sulavett, mis on imbunud Kambriumi ja Ediacara (Vendi) ajastu kivimitesse ning segunenud sealse iidse reliktveega või selle välja tõrjunud.
Loomupäraselt liigub Kambriumi-Vendi põhjavesi Eestis lõunast põhja suunas ning tuleb allikatena maapinnale pankrannikuesises merepõhjas, kus seda kandvad Ediacara kivimid paljanduvad (# 1).
Ent kui saabus jääaeg ja Eesti ala kattus liustikuga, muutis põhjavesi suunda ning hakkas meie alal liikuma hoopis lõunasse, sest põhja pool oli liustik paksem ja tekitas suurema rõhu. Nii surus liustik endast välja imbunud mageda sulavee Kambriumi-Vendi veeladestikku (# 2). Sealne algne soolasem vesi tõrjuti ladestiku sügavamasse, lõunapoolsesse ossa. Veeladestiku põhjaservas aga sai ülekaalu väga mage ja isotoopselt kergem liustiku sulavesi. Nii saavadki põhjaeestlased ammutada 60–300 meetri sügavuselt Kambriumi-Vendi põhjavett, mille soolsus on kõigest 100–600 mg/l. Lõuna pool Värskas, Häädemeestes ja Ruhnus, kus sama põhjaveekiht asub 500–700 meetri sügavusel, tuleb aga leppida mineraalveega (soolsus 2–11 g/l), mida igapäevase joogiveena tarvitada ei kõlba.
Sügavuse suunas suureneb soolsus Kambriumi-Vendi põhjaveekihis üldiselt ühtlaselt, kuid umbes 700 meetri sügavusel suureneb soolsus järsult. Ilmselt märgib see muutus liustiku sulavee ja reliktvee segunemise piiri.

See, et osa Kambriumi-Vendi ladestiku põhjavett pärineb liustikust, on siiski vaid hüpotees. Et hüpoteesile kinnitust leida, tuli määrata selle põhjavee vanus – aeg, kui kaua see on maapõues olnud. Selleks kasutati radiosüsinikumeetodit. Radiosüsinik (14C; süsiniku isotoop, mille tuum koosneb 14 osakesest: 8 neutronist ja 6 prootonist) tekib atmosfääris kosmilise kiirguse toimel lämmastikust. Sealt satub see süsinikuringesse: sademetega või muul moel maapinnale, kust omakorda pinnaseatmosfääri kaudu 14CO2 kujul põhjavette. Peab märkima, et kõdu lagunemise ja juurtehingamise tõttu on pinnaseatmosfäär 10–100 korda CO2-rikkam kui tavaatmosfäär. Kui põhjavesi sügavamale infiltreerudes atmosfääriga kontakti kaotab, hakkab 14C-konsentratsioon radioaktiivse lagunemise tõttu aegamööda vähenema. Nõnda saab radiosüsiniku hulga järgi põhjavees hinnata, millal vesi viimati atmosfääriga kokku puutus.
Pealtnäha on tegu lihtsa ülesandega, kuid mitmesugused looduslikud geokeemilised protsessid muudavad põhjavee dateerimise keerukaks. Doktoritöö uuringud näitasid, et peamiselt on Kambriumi-Vendi põhjavee süsinikusüsteemi mõjutanud Kambriumi ja Ediacara kivimitest lahustunud dolomiit, samuti bakterid, kes on lagundanud samades kivimites leidunud iidset orgaanilist materjali. Nende protsesside kaudu lisandub põhjavette stabiilset süsinikku (12C), seega 14C suhteline hulk väheneb ning jätab mulje, et põhjavesi on vanem kui tegelikult.
Uuringutes tehti kindlaks veel kaks geokeemilist protsessi, mis küll otseselt süsinikusüsteemi ei mõjuta, kuid millega tuleb ometi arvestada, sest need mõjutavad muid radiosüsinikumeetodi arvutustesse kaasatud ainete kontsentratsioone. Esiteks selgus, et põhjaveeladestiku idaosas on toimunud katioonvahetus: geokeemiline protsess, mille käigus savide kristallstruktuuris leiduvad naatriumiioonid (Na+) vahetuvad kaltsiumi- (Ca2+) või magneesiumiioonidega (Mg2+).
Teiseks leiti, et Lahemaa piirkonnas leidub Kambriumi-Vendi ladestiku põhjavees tunduvalt rohkem kaltsiumiiooni (Ca2+) kui mujal. Selle taga võib olla asjaolu, et põhjavett mõjutab ka maapinna kristalne aluskivim, mis on eri piirkondades erisuguse koostise ja struktuuriga.
Nimetatud keskkonnategureid arvesse võttes leiti, et Kambriumi-Vendi põhjavesi imbus maasse 12 000 – 25 000 radiosüsinikuaastat tagasi. See kinnitab liustikuvee hüpoteesi: just tollal oli Eesti ala kaetud Skandinaavia liustikuga. N.-ö. noorim põhjavesi leiti Lääne-Eestis.

Uuriti ka põhjavee sulfaatioonide (SO42-) isotoopset koostist. See annab teavet bakterite tegevuse kohta. Sulfaatioonis sisalduva väävli isotoopkoostis muutus Eesti pindala lõikes ühtlaselt, seevastu hapniku isotoopkoostis näitas, et Eesti alal leidub kaks isotoopse koostise poolest erinevat sulfaadisüsteemi. Samamoodi kui radiosüsinikudateeringute puhul kulgeb erinevuse piir taas Lääne-Eestis ja Lääne-Harjumaal. See annab alust arvata, et liustiku sulavee maasseimbumise olud olid Läänemaal teistsugused kui mujal Eestis. Mille poolest täpselt, seda ei õnnestunud selgitada.
Doktoritöö juhendajad olid Kalle Kirsimäe Tartu ülikoolist ning Rein Vaikmäe
Tallinna tehnikaülikoolist, töö koos eestikeelse kokkuvõttega leiab veebiaadressilt http://hdl.handle.net/10062/14859

Valle Raidla (1975) on Tallinna tehnikaülikooli geoloogiainstituudi isotoop- ja paleoklimatoloogia osakonna teadur. Uurimissuund on αβ-spektromeetria ja põhjavee isotoopgeokeemia.

LISAKAST 1:

Radiosüsiniku- ja päikeseaastad

Kui 1950. aastatel alustati dateerimist radiosüsinikumeetodiga, eeldati et 14C teke atmosfääris on olnud läbi aja ühtlane. 1970. aastateks oli selge, et see eeldus on väär: atmosfääri kõrgemates kihtides on 14C tekkimise intensiivsus suuresti kõikunud. Kuna aga hulk dateeringuid oli juba avaldatud, lähtudes 14C ühtlase tekke eeldusest, siis jätkati samas skaalas, nn. radiosüsinikuaastates. Ent kasutades vanade puude aastarõngastes mõõdetud 14C hulka, töötati välja paranduskõverad, mille abil saab radiosüsinikuaastad ümber arvestada kalendriaastateks ehk päikeseaastateks. Põhjavee vanuse määramiseks need valemid paraku ei kõlba, igal konkreetsel juhul tuleb leida sobiv arvutuskäik.


LISAKAST 2:

Miks voolab Eesti põhjavesi põhja suunas?

Väga lihtsustatult öeldes on Balti paleobassein – Baltikumi hõlmav aluspõhja nõgu, kuhu setted on ladestunud mitme geoloogilise ajastu vältel – üldkujult justkui veidi viltune kauss. Eesti asub selle kausi madalamas servas, kõrgem serv on lõunas, Valgevene kandis. Seetõttu, valgub põhjavesi ühendatud anumate seaduse järgi Balti paleobasseini kivimikihtides aegamööda lõunast põhja poole.
Olukord muutus jääajal: basseini põhjaosas oli liustik paksem ning selle surve tõttu hakkas vesi liikuma vastassuunas, lõunasse. Nii sai liustiku sulavesi tungida ka Kambriumi-Vendi ladestiku põhjavette. Liustiku sulades taastus vee põhjasuunaline vool. Kui aga maapind Eesti alal endistviisi kerkib, siis võib põhjavee voolu suund taas pöörduda.
Eesti põhjavee liikumist mõjutavad siiski suurel määral ka kohalikud geoloogilised tegurid, millest olulisim on Lokno kerkeala. Lokno kerge katkestab Lontovo savilasundi Haanja kõrgustiku all ning selle katkestuse kaudu saavad praegusaegsed sademed infiltreeruda kõigisse põhjavee ladestikesse.



Valle Raidla
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