Doktoritöö lükkas ümber teooria Maa ajaloo ühe olulisema sündmuse kohta

Orgaanilise aine rikkad kivimid, mida tuntakse ka kui šungiiti.

FOTO: Kärt Paiste

Kuula artiklit

Maa ainulaadse hapnikurohke atmosfääri tekke mõistatusi uurinud Kärt Paiste vaidlustas oma doktoritöös hiljutise teooria Suurele Hapnikusündmusele järgnenud õhuhapniku järsust kadumisest.

Hapnikurikas atmosfäär tekkis Maal 2,4 miljardit aastat tagasi nn Suure Hapnikusündmuse käigus, mille üksikasjad on tänaseni ebaselged. Varasemad uuringud on näidanud, et pärast Suurt Hapnikusündmust langes merevees lahustunud sulfaadi ja ka atmosfääri hapniku kogus drastiliselt, mis omakorda pidurdas evolutsiooni edasist kulgu. Tartu Ülikooli geoloog Kärt Paiste uuris kahe miljardi aasta vanuseid mudakivimeid ning tõestas vastupidiselt senistele uuringutele, et hapnikurikkaid keskkondi eksisteeris ka pärast Suurt Hapnikusündmust.

Hapnikuhingamine on energeetiliselt kõige efektiivsem hingamise viis ning seda peetakse peamiseks põhjuseks, miks erinevalt teistest Päikesesüsteemi planeetidest esineb Maal kompleksne elu. Seejuures suurem osa Maa ajaloost – planeedi tekkest 4,6 miljardit aastat tagasi kuni Suure Hapnikusündmuseni 2,4 miljardi aasta eest – iseloomustavad Maa keskkondi hoopiski hapnikuvaesed olud.

Arvatavasti üks paremini säilinud ja põhjalikumalt uuritud geoloogilisi läbilõikeid ajaperioodist, mis järgnes vahetult Suurele Hapnikusündmusele, asub Venemaal Karjalas Onega järve ehk Äänisjärve piirkonnas. Neid väga orgaanilise ainese rikkaid kivimeid, millest teadlased ürgsete aegade kohta tõendeid otsivad, tuntakse ka kui šungiite.

Geoloogilised välitööd Karjalas Äänisjärve läheduse šungiidikaevanduses 2012. aastal. Pildil Tartu Ülikooli, St Andrews'i Ülikooli ning Karjala Uurimiskeskuse teadlased ning tudengid.

FOTO: Kärt Paiste

«Varasemad geokeemilised uuringuid, mille alusel arvati, et hapnikuline atmosfäär varises kokku, ei ole arvestanud Äänisjärve piirkonna geoloogilise arengulooga ning seal leiduvate kivimite omapäraga. Täpsemad kivimite kirjeldused ja geokeemilised analüüsid ei vihja otseselt sellele, et kogu atmosfääri hapniku sisaldus oleks drastiliselt vähenenud,» rääkis Paiste.

Settekivimid on kui Maa geoloogilise ajaloo arhiivid, mis säilitavad endas informatsiooni muutuste kohta erinevates aineringetes ning peegeldavad Maa atmosfääri ja ookeani keemilist struktuuri. «Näiteks väävli aineringe on otseselt seotud nii merevee ja atmosfääri hapnikustumise kui ka väävli bioloogilise käitlemisega. Seetõttu saab settekivimite mineraloogilises ja keemilises koostises kajastuvaid ajaloolisi muutusi väävli aineringes kasutada iidsete keskkondade rekonstrueerimisel,» ütles Paiste.

«Seega domineeris varajasel Maal mikroobne elu, mis sai hakkama energiavaestes oludes. Pärast Suurt Hapnikusündmust, kui hapniku sisaldused küündisid ühe protsendini tänapäevasest, muutusid energiarikkamad molekulid organismidele kättesaadavaks. See oleks aga pidanud soodustama keerukamate organismide arengut ja evolutsiooni,» selgitas Paiste.

Rahvusvaheline töörühm, mis koosnes St Andrews'i Ülikooli, Tartu Ülikooli ja vene Teaduste Akadeemia teadlastega Karjala Uurimiskeskkusest, kellega käidi 2012 aastal Karjalas Äänisjärve ümbruses välitöödel.

FOTO: Aivo Lepland

Kui hapnik aga atmosfääris alles jäi, jääb aga endiselt vastuseta küsimus, et mis toimus organismide arenguga.

«Meil ei ole tõestust sellele, et hulkraksed organismid ja loomad oleksid väga laialdaselt levinud ligi kaks miljardit aastat tagasi ja seetõttu pole ka teada, miks nende evolutsioon hoogustus hoopis sadu miljoneid aastaid hiljem, ligi 700-800 miljonit aastat tagasi,» tõdes Paiste.

Tartu Ülikooli geoloogia ja mineraloogia professor Kalle Kirsimäe sõnul seletab töö lahti väga olulise hetke Maa ajaloos.

«[Hapniku kontsentratsiooni muutuse kohta] on kaks peamist hüpoteesi. Ühe võimalusena jäi hapniku sisaldus atmosfääris samasuguseks nagu see Suures Hapnikusündmuses tekkis kuni järgmise suure hüppeni umbes 600-700 miljonit aastat tagasi, kui sisaldus ulatus juba ligikaudu tänapäevasele tasemele. Teise võimalusena oli kasv tänasele tasemele ühtlaselt aeglane ning kestis ligikaudu 1,5 miljardit aastat,» rääkis Kirsimäe.

Paiste töö vaidlustab aga hiljuti lisandunud kolmanda hüpoteesi, mille kohaselt esialgne hapnikuline atmosfäär kokku kukkus ja tekkis peaaegu hapnikuta maailm.

«Seega pärast Suurt Hapnikusündmust merevee sulfaadi tase mitte ei langenud, nagu on varem arvatud, vaid võis jääda sadadeks miljoniteks aastateks stabiilseks,» tõdes Kirsimäe. Ta lisas, et ligi kaks miljardit aastat tagasi toimusid sarnased protsessid kui tänapäeval ja tolleaegne maailm ei pruukinudki praegusest niivõrd erinev olla.

Paiste sõnul on olemas ka palju teisi keemilisi signaale, mida saab kivimitesse salvestunud vanade keskkonnatingimuste uurimiseks kasutada. Ta lisas, et plaanib Suurele Hapnikusündmusele järgnenud arenguid edasi uurida ning kasutada uurimismaterjalina kivimeid teistest maailma piirkondadest, näiteks Lõuna-Aafrikast. Nii saab võrrelda, kas tulemused on erinevates geoloogilistes läbiläigetes sarnased, ütles Paiste.

Tagasi üles