<< tagasi

JÄRVEDE JA SOODE GEOLOOGIA.
ORGAANIKARIKASTE SETETE MUUTUMINE KIVIMEIKS.

JÄRVEDE GEOLOOGIA

Järved on mageda, riimi või soolaseveelised siseveekogud, milledel puudub otseühendus maailmamerega. Reeglina on järved keskmisel väikese sügavuse ja pindalaga  (erandid muidu Baikal , Suurjärvistu, Kaspia?!). Järvesid iseloomusta (võrreldes) meredega selgelt domineeriv terrigeenne sedimentartsioon, kuid järvede arenedes/eutofeerudes võib see üle kasvada selgelt domineerivaks orgaaniliseks sedimentatsiooniks. Erinevalt meredest on järvenõud väga mitmese tekke ja kontrastselt erineva sedimentatsiooniga.

1. Järvenõgude teke

a. Tektoonilised. Tektoonilised alangud levivad eelkõige mobiilsema maakoorega piirkondades (näit. mägistel aladel). Kontinentaalsetes riftivööndites (avaneva maakoore lõhedes) võivad tekkida sügavad, kitsad ja pikad tektoonilised alangud (näit. Baikal, Ida-Aafrika järved). Maakoore plokilised kõikuvliikumised võivad mõjutada ka platvormsete tasandikujärvede kujunemist.

b. Ookeani reliktid - nt Kaspia meri, mis kujutab endast koos Musta mere ja Vahemerega sulgunud Tethise Ookeani jäänust ja tema põhjas esineb ookeanilist tüüpi maakoort.

c. Erosioonilised on tüüpiliselt liustiku (eriti mandriliustike) või vooluvete kulutatud nõod.

d. Akumulatiivsed järvenõod kujunevad mereliste, liustike või vooluvete setete kuhjumisel. Näiteks võivad nii maapinnatõusu  (palju näiteid Eesti rannikumerest - Käsmu järv, Mullutu Suurlaht jn) kui ka maasäärte kuhjumisel merelahtedest tekkinud reliktsed järved; liustike servalähedased paisjärved jne.

e. Karstinõgudesse kujunevad järved on olulised peamiselt karbonaatse aluspõhjaga ja õhukese pinnakattega aladel.

Eesti suuremad järved asuvad valdavalt mandrijää erosiooni kujundatud nõgudes, väiksemad järved glatsiaalsete kuhjevormide või kuhje- ja kulutusvormide nõgudes. Lääne-Eesti ja saarte rannikul on reliktseid merest eraldunud järvi. Mandrijää kulutusalal, glatsiaalsetest kuhjevormidest piiratuna, levisid ka pärastjääaegsed suured jääpaisjärved, s.h. Balti Jääpaisjärv. Samas on suurimad tasandikujärved (Laadoga, Suur Järvistu) on kujunenud tektooniliste alangute ja mandrijää kulutava tegevuse koosmõjul.
 

2. Järvesetted

Järvede veereziim ja setete levik sõltub väga tundlikult kliimast. Humiidse kliimaga aladel levivad mageveelised ja ariidsetel aladel soolajärved (näit. Surnumere soolsus on üle 300 promilli). Vastavalt valda kliima tüübile eristatakse: 

a. Humiidsete järvede setted:

# Terrigeensed setted, mis on kõige levinum materjal järveds: kruus, liiv, aleuriit, savi. Terrigeenne materjal settib vastavalt vee liikuvusele (lainetusele): kruus lainetusvööndis kallaste lähedal, savi ja aleuriit vaiksemas, näit. sügavamas vees. Jääpaisjärvedes kujunevad aastaaegade vaheldudes rütmilised setted: viirsavid. Suvel, aktiivse sulamise ja setete sissekande perioodil kujuneb paksem liivakas või aleuriitne kiht, talvel jääkatte all õhuke savikas kiht.

# Orgaanikarikas muda: sapropeel (ka güttja, gyttja). Kujuneb taimede ja vetikate jäänustest, mille lagunemist takistab vee kihistumisest tingitud hapnikuvaegus põhjasetetes. Vee kihistumist soodustab temperatuurierinevus (pinnakiht soojeneb) ja vee vähene liikuvus (lainetuse väike ulatus väikestes järvedes, talvine jääkate). Orgaanika intensiivne kuhjumine, s.h. ka põllumajanduslike väetiste kaasabil, viib humiidsete alade madalad järved kinnikasvamiseni.

# Järvelubi. Valge või oranž CaCO₃ rikas muda, mis levib tihti sapropeelis vahekihtidena. Järvelubi tekib karbonaadirikastest pinna ja põhjavetest toituvates järvevetes, tavaliselt organismide kaasabil. Järvelubja settimine toimub suvel, kui temperatuuri tõustes väheneb karbonaadi lahustuvus ja madalates orgaanilisest ainesest tumeda põhjaga järvelompides temperatuur üle kriitilise piiri (sõltuvalt lahustunud Ca ja vesinikkarbonaadi sisaldusest tavaliselt ~28-35 °C). Eesti järvede veetase oli u. 4000 aastat tagasi boreaalsel kliimaperioodil 3-5 m madalam tänapäevasest ja seda tähistab pea kõikides järvedes järvelubja lasundid (Peipsi, Viljandi, Vooremaa väikejärved jn). Sarnaselt võib järvedes tekkida järvemaak: Fe- ja Mn- oksiididest ja hüdroksiididest koosnevad konkretsioonid (terad).

b. Soolajärvede setted

# Terrigeensed setted: liiv, aleuriit, savi.

# Evaporiidid: keemilisel teel üleküllastunud lahusest väljakristalliseerunud soolad. Eelduseks on, et aurumine ületab sademete ja magevee sissevoolu hulga. Soodustavaks teguriks on vanade soolalademete lähedus aluspõhjas. Tavalisemad mineraalid on karbonaadid (sooda), sulfaadid (kips, anhüdriit), kloriidid (haliit, sülviin). Geokeemiliselt arengult eristatakse valdava mineraalse koostise järgi vastavalt karbonaatsed, sulfaatsed ja kloriitsed järved. Teisalt on nende erinevate järvetüüpide näol tegemist normaalse soolade kristallisieerumisjärjekorraga. Ariidsete alade järvedes kristalliseeruvad esimesena (st moodustavad ka kõige sügavama kihi) karbonaadid, milledele järgnevad aurumise intensiivistudes Ca-sulfadid ja seejärel kloriidid alustades NaCl  järgnevalt KCl väljasettimisega. Viimasena kristalliseeruvad (vee täielikul aurumisel) Mg/K-(hüdraat)sulfaadid.

SOOD

Sood tekivad ja arenevad stabiilse liigniiskuse tingimustes, mida kujundavad sademed, pinnamood ja aluspõhja ning pinnakatte omadused. Seega on sood laialt levinud humiidsetel aladel, kuivematel aladel saavad nad tekkida vaid põhja- või üleujutusvee arvel.

Soostumiskohtades hakkab liigniiskuse, hapnikudefitsiidi (puuduliku aeratsiooni) ja vee raskendatud äravoolu tingimustes kuhjuma orgaanika (turvas), veelembese taimestiku poollagunenud jäänused. Turvas hoiab endas vett. Äravool soost lakkab, kui turbakihi niiskusesisaldus alaneb 88%-ni. 

Soode arengu käigus kasvab lagunemata taimejäänuste mass (turvas) ning algsed veetaimede (pilliroog jms.) taimekooslused asenduvad järkjärgult toitainete vaeguse ja madala pH-ga kohastunud kooslustega (rabasammal - Sphagnum).  

Eestis hakkasid sood arenema pärast jääaega madalamates eutroofsetes (rohketoitelistes) veekogudes. selliste järvede kinnikasvades moodustus hästilagunenud rohttaimedest ja sammaldest koosnev mineraalaine (savi, aleuriidi) rikas madalsooturvas (eutroofne e. madalsoo staadium). Järvekeste kinnikasvamine algas Vara-Holotseeni klimaatilise optimumi ajal. Kesk-Eeuroopas algab rabastumine juba humiidse ja niiske Atlantilise kliima perioodil (8000-5000 PB). Põhja-Ameerikas algas sama protsess pisut hiljem (5000-4000 PB) kuna sealne kliima muutus niiskemaks alles Atlantilise kliimaperiood lõpus.  

Turba akumuleerudes vee sissevool soostunud nõkku lakkab, algab mesotroofne e. siirdesoo staadium. Soo keskosas kumerdub ("kerkib") intensiivse turbasambla kasvamise ja akumuleerumise mõjul. Soo toitub siirdesoo staadiumil põhja- ja sademete veest.

Edasisel akumuleerumisel hakkab soo toituma vaid sademetest, algavad kõrgsoo e. raba staadiumid (oligotroofne ja düstroofne staadium). Raba progresseeruval arenemisel tekivad veekogud: laukad ja älved, mis levivad kontsentriliselt raba keskme ümber. Raba läbilõikes on kihtidena esindatud tema eelmised arengustaadiumid (vt. joonis), põhjakihiks on tihti järvesete.
 

ORGAANIKARIKASTE SETETE MUUTUMINE KIVIMEIKS

Turba mattumisel, rõhu ja temperatuuri suurenemise tingimustes moodustuvad söed:

turvas - pruunsüsi (ligniit) - kivisüsi - antratsiit (kõrgekvaliteediline kivisüsi) - grafiit (puhas kristallne C)

Selle protsessi käigus väheneb sette või kivimi poorsus, H ja O sisaldus, suureneb C sisaldus ja tõuseb kütteväärtus.

Orgaanilise ainese transformeerumist kontrollivad:

(1) orgaanilise ainese päritolu (koostis)
(2) temperatuur
(3) aeg
(4) ja vähem rõhk

Orgaaniline aines settekivimites koosneb (1) kerogeenist - polümeersetest orgaanilistest ainetest, mis ei lahustu orgaanilistest solventides ja (2) bituumenist, mis lahustub orgaanilistes lahustites. Põhilise osa setetes leiduvast orgaanilisest ainesest moodustab kerogeen, mis jagatakse vasatavalt päritolule ja algsele H/C/O suhtele kolme klassi. Sapropeelne kerogeen (tüüp I) moodustub tavaliselt liptiidide (rasvhapped, õlid, alkohoolid...) rikkast orgaanikast (spooride, planktiliste vetikate ja loomorgaanika mikroobse lagunemise saadused), mis sisaldav vähe hapniku (O/C suhe <0.1, aga kõrge H/C suhe 1.3-1.7). Humiidne kerogeen (tüüp III) koosneb seevastu valdavalt maismaataimede orgaanikast - ligniin, tanniin ja tselluloos (turvas jn...). Humiidset kerogeeni iseloomustab madal algne H/C suhe ja kõrge O/C suhe, mis otseselt tuleneb nende (maismaa-)taimsest päritolust. Termaalsel transformeerumisel genereerub I tüüpi kerogeenist nafta. Tüüp II transformeerumisel moodustuvad söed ja eraldub palju gaase (CO₂, CH₄). 

Kerogeeni tüüp II on sisuliselt mehhaaniline ja/või keemiline segu erinevatest orgaanilistest ühenditest, kuid see ei ole mehhaaniline segu kahe lõppliikme (humiidse ja sapropeelse) kerogeeni vahel. Kerogeen II on iseloomulik merelistele setetele (segu redutseerivates tingimustes settinud füto- ja zooplanktilistest organismide jäänustest koos nt ka maismaalt sissekantud hajusorgaanika sisaldusega).Valdav osa maailma suurimatest naftavarudest on kerogeen II tüüpi.

Orgaanilise materjali transformeerumine algab 50-70°C juures st ligikaudu 1-2 km mattumissügavusel. Transformeerumise kiirus on suurim 80-130°C vahemikus, mis vastab keskmise geotermaalse gradiendi korral mattumissügavusele 3-4 km. Maapinnal (ja selle lähedal) on orgaanilise ainese muutumine võimalik ainult kõrge geotermaalse gradiendi ja/või vulkaanilisete intrusiivide ning hüdrotermide läheduses. 

NB! looduslik gaas (metaan) võib moodustuda ka juba biokeemiliste protsesside (metanogenees) tulemusena ka sisuliselt maapinnal (sood, prügilad jms)

Temperatuuri tõustes hakkavad kerogeeni moodustavate orgaaniliste ühendites katkema esialgselt C-C sidemed ja moodustuvad uued väiksema molekulkaaluga ühendid (lisaks lenduvad ka gaasilised komponendid). Temperatuuri jätkuval tõusmisel kumuleerub süsinik-süsinik sidemete katkemine haarates ka primaarsest kerogeeni ainesest tekkinud sekundaarseid pikki molekulahelaid ning eralduvad nn  lühikese ahelaga "kerged" ühendid (parafiinid kuni aromaatsete ühendite tüüpi molekulid - heksaan, tsükloheksaan, benseeni jn ). Transformeerumise käigus väheneb  ühendite H/C kui ka O/C suhe kuni lõpuks puhta süsinikuni.

Orgaanilise ainese transformeerumine on keemiline reaktsioon. Eeldatavalt on see (need) esimest järku Arhheniuse tüüpi reaktsioon, mille kiirus on avaldatav ajafaktori eksponentsiaalne funktsioonina. St. kui temperatuur on piisavalt kõrge reaktsiooni aktivatsioonienergia (E) ületamiseks (~50 kcal/mol), siis võib transformeerumine toimuda lõpuni ka suhteliselt madalatel temperatuuridel (50-70°C) kuid nõuab selleks väga palju rohkem aega. Samas avaldub aja roll ka transformeerumise ulatust kontrolliva tegurina - orgaaniline aines setetes, mis on olnud 100°C juures 50 miljonit aastat on rohkem muundunud kui  need mis on sellel temperatuuril olnud 10 miljonit aastat.

Kerogeen II ja I tüüpi ainese moondumisel tekkivad gaasid ja nafta on poorsetes kivimites liikuvad ning neid kantakse tiheduse erinevuse tõttu ja/või migreeruvate fluididega oma tekkekohast eemale. Sobivates geoloogilistes struktuurides ehk püünistes (pealnihkelised murrangud, saviläätsed, soolakuplid jn) võivad nafta ja maagaas hakata akumuleeruma ning moodustavad maardlaid.

Süte moodustumine on põhimõtteliselt sarnane nafta genereerumisele kuid algse orgaanilise ainese iseloomu tõttu ei moodustu siin vedelate fraktsioonide moodustumiset ning lenduvad vaid gaasi. Süte moodustumine toimub reeglina sügavustel 1000-5000 m või enam ja see kumuleerub varajasel metamorfismil grafiidi tekkega Süte hulgas eraldatakse: (a) humiidset sütt, mis tekib kõrgemate taimede (näit. sõnajalgtaimede) jäänustest, ja (b) sapropeelset sütt - madalamate taimede, vetikate jäänustest tekkinud sütt.

Põlevkivid: Savikaid kivimeid, (harvematel juhtudel karbonaat- või muud kivimid), mis sisaldavad olulise komponendina (kuid mitte üle 50%) orgaanilist ainet, nimetatakse põlevkiviks.

Põlevkivide orgaanika on reeglina vetikate päritolu ja nad on merelise või järvelise tekkega. (kerogeen I tüüpi orgaanilisest ainesest). Tüüpilisteks põlevkivideks on nn. mustad kildad, orgaanikarikkad savikivimid, juhul, kui nad sisaldavad piisavalt orgaanilist ainet ja omavad kütteväärtust. Selliseks põlevkiviks on Eesti alamordoviitsiumi graptoliit-argilliit (diktüoneemakilt).

Eesti oluliseks maavaraks on keskordoviitsiumi põlevkivi: kukersiit - lubjakivides vahekihtidena esinev pruun vetikajäänustest rikastunud settekivim.

Leho Ainsaar, Kalle Kirsimäe