Millest kõneleb maailma sügavaim puurauk?

Maailma sügavaimat puurauku hakati puurima 1970. aasta mais Koola poolsaarele Zapoljarnõi (Заполярный) linna lähistele. Eesmärgiks oli jõuda 15 km sügavusele ja täita seejuures erinevaid uurimiseesmärke:

1. uurida nikli ja vase maagistumist ja kaevandamisvõimalusi;
2. uurida maakoores neid intervalle, kus toimuvad muutused seismiliste lainete liikumiskiirustes;
3. uurida, kuidas muutub maakoores geotermiline gradient (kivimite temperatuuri kasv sügavuse suurenedes);
4. saada võimalikult palju informatsiooni kivimite koostise kohta;
5. jõuda maakoores graniitse ja basaltse maakoore kontakti, nn Conradi piirini [1], mis geofüüsikaliste andmete põhjal arvati olevat 7 km sügavusel;
6. moderniseerida ja katsetada uusi tehnoloogilisi lahendusi süvapuuraukude puurimiseks.

1980. aastaks oldi puurimisega jõutud 10,7 km sügavuseni. Järgmise 12 aasta jooksul suudeti veel puurida vaid 1562 m. 1992. aastal puurimine lõpetati, kuna temperatuur 12 km sügavusel osutus kõrgemaks (180 °C),  kui esialgu osati planeerida (100 °C). Oma osa võis mängida ka Nõukogude Liidu kokkuvarisemine ning keeruline majandusolukord. Seega jäi saavutamata esialgu seatud sügavuseesmärk, milleks oli 15 km, lõplikuks sügavuseks saadi 12 262 meetrit.

Siiski andis puurauk ainulaadse ülevaate kivimimaterjalist, mida teadlased uurivad tänaseni. 1987. aastal ilmus Koola süvapuurauku käsitlev raamat, mis tõi ühe olulisema tulemusena välja, et kivimite keemiline koostis ja füüsikalised omadused muutuvad sügavamale liikudes regulaarselt. Lisaks kirjeldati esmakordselt ühes pidevas läbilõikes vertikaalset tsonaalsust kivimite moondes [2], mis erines tol ajal teoreetiliste mudelitega arvatust ning üllatuslikult leidus sügaval maakoores poorsemaid kive, mis sisaldasid omajagu vett. Üheks puurimise eesmärgiks seatud Conradi piirini ei jõutud ning eeldatud 7 km peal tuvastati  hoopis Paleoproterosoikumi ja Arhaikumi vanuseliste kivimite kontakt. Vast kõige olulisemaks tulemuseks oli uue puurimistehnoloogia katsetamine ja arendamine, mis tegi üldse võimalikuks nii sügava puuraugu rajamise.

Täna valitseb kunagises puurimiskohas tühjus ning veel mõned aastad tagasi püsti olnud hooned (vt joonis 2) on lammutatud. Kunagisest Nõukogude Liidu uhkusest, millega suudeti Ameerika Ühendriikidest ette rebida, annab täna tunnistust säilitatud puursüdamik ja publikatsioonid tehtud teadustööst, millest kahjuks ainult kaduvväike osa on Lääne ajakirjanduses ilmunud. Puursüdamikku hoitakse Venemaa tsentraalses puursüdamike hoidlas Jaroslavlis (Ярославль), mida õnnestus selle aasta septembris uudistamas käia ka Eesti teadlastel.

Teadlaste peamine huvi oli südamiku ülemises osas leiduvad 1,9–2,5 miljardi aasta vanused Paleoproterosoikumi settekivimid ning vulkaniidid. Settekivimitest sooviti leida infot perioodist Maa ajaloos kui atmosfääri tekkis esimest korda vaba hapnik, mis omakorda tõi kaasa olulised muutused aineringetes (süsinik, väävel, raud, fosfor) ja elu arengus. Kui settekivimid talletavad infot tekkimisaegsest keskkonnast, siis vulkaanilised kivid sisaldavad erinevaid radioaktiivseid isotoope, mida on võimalik dateerida. Saadud vanused on olulised, kuna aitavad kehtestada ajalise piirangu meid huvitavatele nähtustele ning korreleerida neid teiste samavanuseliste kivimitega. See aitab võrrelda lokaalseid signaale globaalsete protsessidega. Olulisemad sündmused, mille kohta uuritud läbilõikest infot leida võib, on:

1. ülemaailmsed Huroni jäätumised – võimalik „Lumepalli-Maa“ sündmus, kus liustikud võisid ulatuda poolustelt kuni ekvaatorini (joonis 6F);
2. Suur Hapnikusündmus – hapniku sisaldus atmosfääris kasvas 1%-ni tänapäevasest sisaldusest (joonis 6C). See tõi kaasa revolutsioonilised muutused Maa elusloodusele, sest tingimused muutusid soodsamaks aeroobsetele organismidele;
3. Lomagundi-Jatuli sündmus – Maa ajaloo suurim kõrvalekalle normaalsest süsinikuringest, mille tulemusena moodustusid isotoopiliselt raske süsinikuga karbonaadid (joonis 6D);
4. esimeste fosforiitide ilmumine (joonis 6B), millest on siin blogis täpsemalt kirjutatud artiklis „Elus fosfor“.

Koola puursüdamiku tulemuste tõlgendamise muudab keerukamaks asjaolu, et need sügavused ja kihi paksused, mida puursüdamikus näeme, on oluliselt  suuremad kui nende kihtide tegelik paksus ja sügavus. Selle tingib Koola poolsaare keeruline geoloogiline ajalugu. Kivimikihid on kurrutatud ja neid läbivad murrangud ning seetõttu varieerub kihtide kallakus märkimisväärselt. See tähendab, et polnud võimalik puurida risti kihilisusega (joonis 5).

Näiteks on Pilgujärvi settekivimite paksus puursüdamikus umbes 2 km, aga tegelikult on selle kihi paksus poole väiksem. Teiseks probleemiks on olnud madal südamiku saagis ja seda eriti settekivimite osas, sest need purunesid väikesteks tükkideks ning polnud erakordne, kui 12,5 m puurimisega saadi kätte vaid 1,85 m kasutatavat puursüdamikku.

Koola süvapuuraugu puurimine on kindlasti fenomen omaette. Tänases maailmas on raske ette kujutada peaaegu 20 aastat kestvat puurimist teadmata, mis võib olla selle majanduslik huvi või teaduslik väärtus. Koola süvapuuraugu pärandiks on pigem number, kui sügavale suudeti puurida, ning tehnoloogilised lahendused, mis selle saavutamiseks arendati. Samal ajal leiab Koola puursüdamik teadlaste poolt kasutust tulevikuski ning tõenäoliselt tehakse materjali põhjal ka uusi teadusavastusi.

Sõnaseletaja:

[1] Piir ülemise ja alumise maakoore osa vahel.

[2] Kivimite muutumine kasvava temperatuuri ja rõhu tulemusena.

Kasutatud kirjandus:

Kozlovsky, Ye. A. (Ed.) (1987). The Superdeep Well of the Kola Peninsula. Springer Verlag, Berlin, 558 p.

Martin, A.P., Prave, A.R., Condon, D.J., Lepland, A., Fallick, A.E., Romashkin, A.E., Medvedev, P.V., Rychanchik, D.V. (2015). Multiple Palaeoproterozoic carbon burial episodes and excursions. Earth and Planetary Science Letters, vol 424, lk 226–236.

Autor: 

Timmu Kreitsmann (timmu.kreitsmann@ut.ee) ˗ Tartu Ülikooli geoloogia osakond, Ravila 14A, 50411 Tartu

Toimetas: Lauri Joosu