Metallide rikas mudakivi — graptoliitargilliit. Mis ta on ja kuidas ta tekkis?

Metalliderikas muda, mis hiljem kivistus, settis suures madalas meres, mida teaduskirjanduses tuntakse kui Alum Shale Sea. Seda võiks tõlkida kui Maarjaskilda meri (Alum = maarjas, shale = kilt). Maarjaskilda meri oli sisemeri, mis avanes tänapäevases mõttes lääne suunas ning praeguse Taani aladel oli settimisala kõige sügavam. Sealt on teada üle 100 meetri paksused metalliderikka mudakivi ladestused. Mere pindala ületas 800 000 km² ning see oli tasase põhjaga ja võrdlemisi ühetaolise sügavusega. Tänase Eesti suunas ulatus mere kõige kaugem sopp ning siinsetel aladel oli meri ka madalam. Sellest tulenevalt on ka mudakivi paksused meil ühe ja seitsme meetri vahemikus.

Maarjaskilda mere muudab äärmiselt omapäraseks asjaolu, et enam kui 20 miljoni aasta jooksul settis selles orgaanika- püriidi- ja metalliderikas muda, mida võib tänapäeval leida Taanist ja Norrast kuni Loode-Poola, Põhja-Eesti ning Laadoga järveni. Eesti aladel settis orgaanikarikas muda ainult päris Kambriumi ajastu lõpul ja Ordoviitsiumi alguses, niisiis on meie kivimitesse salvestunud Maarjaskilda mere ajaloo ulatus lühem kui miljon aastat.

Meri eksisteeris sellisel kujul Kambriumi ajastust kuni Ordoviitsiumi ajastu alguseni, mis tähendab geoloogilises ajaloos päris pikka aega. Kambriumi ajastu on elustiku arengus tuntud selle poolest, et tekkisid arvukad lubitoesega loomad. Kõige tuntumad on ilmselt Kambriumi ajastu trilobiidid. Pärast eluvormide arvukuse kiiret tõusu, mida tuntakse ka Kambriumi Plahvatuse nime all, toimus järk-järguline väljasuremine. Ordoviitsiumi ajastul toimus aga teadaolevalt suurim meres elavate organismide mitmekesistumine.

Kõnealune muda settis mandrilaval, mis ulatus sügavale sisemaale ning oli mõjutatud süvaveekerkest. Süvaveekerge toob ookeani põhjast pinnale ja ranniku lähedale toitaineterikast vett. Eelkõige sisaldab selline vesi palju fosforit. Fosfori ja teiste toitainete küllus on soodne elustikule ning süvaveekerke aladel võib kohata väga rikkalikku elustikku, nagu tänapäeval on teada näiteks Namiibia rannikul.

Enne metalliderikka muda settimist oli merevee tase madalam ning meie aladel väljendus see rikkalike fosfaatsete kodadega käsijalgsete (molluskid) elutegevusena ning hilisema kodade kuhjumisena. Neid kivististe kuhjeid tuntakse fosforiidina. Sügavamas vees elasid aga mitmesugused vetikad ja graptoliidid (koloonialised poolkeelikloomad), kelle järgi on mudakivim ka nimetatud.

Merevee tõustes sai meie alal valdavaks peeneteraliste mudade settimine, mis on omane sügavamale veele. Igasugune elutsükkel hõlmab organismide suremist ning vetikate ja teiste eluvormide hukkumise järel tekkis suur hulk orgaanilist ainet. Orgaanilise aine lagunemine toimub hapniku kaasabil. Suure hulga bioloogilise massi lagundamiseks ei jagunud merevees enam lahustunud hapnikku ning osa orgaanilisest ainest jäi lagunemata. Muda kivistudes jäi orgaaniline aine kivimisse ning sai lõpuks pärast mattumist oma tänapäevase ilme. Võttes aluseks tänapäevased analoogiad, ei olnud hapnikuvaegus lausaline kogu veesambas, vaid moodustas kiilukujulise vööndi, nagu näidatud joonisel. Hapnikuvaese veemassi peal ja all oli hapnikurikas vesi, milles toimus elutegevus ja orgaanilise aine tootmine edasi.

Hapnikuvaegusel oli neis tingimustes veel mitmesuguseid mõjusid. Hapnikuvaestes tingimustes hakkab mereveest välja settima väävlist ja rauast koosnev mineraal püriit, mida tuntakse ka kassikullana. Metalliderikas mudakivi sisaldabki 2–6% püriiti. Mereveest hakkavad peale raua välja settima ka mitmed teised metallid, mida leidub maailmameres lahustunud kujul päris suurel hulgal. Sellisteks metallideks on teiste hulgas uraan, molübdeen ja vanaadium, mis hapnikku sisaldavates tingimustest püsivad merevees lahustunud kujul. Maailmamerre tuleb neid juurde murenemise arvelt, mis toimub maismaal ning lahustunud metallid kantakse merre jõgede kaudu. Hapnikuvaestes tingimustes muutub nende metallide oksüdatsiooniaste ehk valents. Teisisõnu toimub nende metallide redutseerumine hapnikuvaestes oludes. Redutseerunud olekus ei ole uraan, molübdeen ja vanaadium enam vees lahustuvad ning toimub keemiline sadenemine orgaanilise aine või püriidi koosseisus. Lisaks keemilisele settimisele oli mineraalse aine settimine väga aeglane, nii et sellevõrra on uraani, molübdeeni ja vanaadiumi sisaldused settes suurenenud sisaldustega.

Kui lisada nimetatud orgaanilisele ainele, püriidile ja metallidele veel kvartsiterad ja teised jõgede poolt merre kantud mineraalid, siis ongi tulemuseks metalliderikas muda. Mattumise tagajärjel on mudast pika aja jooksul saanud kivim, mida võime tänapäeval Põhja-Eesti pankrannikul kohata.

Tulles tagasi asjaolu juurde, et Kambriumi ja Ordoviitsiumi ajastutel toimusid elustikus suured muutused, võib oletada, et hapnikuvaestel mereosadel, mis olid küllaltki suured, oli oma mõju ka elustiku arengule. Arvestades Maarjaskilda mere ulatust ja metallirikaste mudade hulka võib öelda, et võrreldes tänapäevaste tingimustega oli väga suur ala merepõhjast hapniku puudumise tõttu eluks kõlbmatu. Sellised olud on tänapäeval teada näiteks Läänemere süvikutes ning laienevad juba ka madalamatesse mereosadesse. Maarjaskilda meri ei ole ainuke näide Kambriumi-Ordoviitsiumi hapnikuvaesest merest, vaid on ülemaailmselt tuntud ka teistes kivim-formatsioonides. Arvatakse, et püsivalt hapnikuvaesed või vahelduvalt hapnikuga rikastunud tingimused pärssisid elustiku arengut mitmekümne miljoni aasta vältel. Pärast metallirikaste mudade settimist taastusid hapnikurikkamad tingimused ning hilisemates Ordoviitsiumi meredes ning ka atmosfääris olid juba märkimisväärselt kõrgemad hapnikusisaldused ja eluvormide areng sai sisse suure hoo.

Kokkuvõttes on Eestis leiduv metalliderikas mudakivi — graptoliitargilliit — kui ajalooarhiiv, mis kõneleb iidsetes meredes esinenud hapnikuvaegusest. Metallide rohkuse põhjused ei ole tervenisti selged, sest tänapäeval päris sarnaseid keskkonnatingimusi meredes ei esine. Suures plaanis on aga põhjust arvata, et metallid settisid mudasse otse mereveest ning sellega kaasnes samal ajal suur bioproduktsioon, ning selle tõttu ka märkimisväärne hapniku tarbimine.

Loe edasi

• Eesti Loodus, Eesti maapõu peidab huvitavat kivimit: graptoliitargilliit ehk must kilt 
• Postimees, «Kiuslik» metall võib muuta Eesti energiatööstust
• Valvur ja valvatav ehk diktüoneemakilt ja fosforiit

Autor

Johannes Vind
Eesti Geoloogiateenistuse vanemgeoloog ja Tartu Ülikooli geoloogia teadur

Toimetas: Sander Olo