Mineraalid on looduslikult esinevad tahked ained, milles aatomid paiknevad korrapäraselt ning millel on enam-vähem kindel keemiline koostis. Valdav enamus mineraale moodustuvad keemilis-füüsikaliste protsesside  tulemusena, kuid ka elusloodus on üsna vilunud mineraalide valmistaja.  Näiteks kõikide loomade skeletid on keha kaitse või toestamise eesmärgil organismi poolt moodustatud mineraalid. Kõige käegakatsutavamaks ja illustreerivamaks näiteks sellisest protsessist on meie eneste ehk inimeste skelett ja hambad ning lisaks ka juuksed ja küüned. Meie skelett ja hambad koosnevad kaltsiumfosfaadist, mida me tunneme mineraalina apatiit (CaPO4). Samast mineraalist kasvatasid oma koja ka Ordoviitsiumi ajastul elanud lingulaatsed brahhiopoodid ehk käsijalgsed, kelle kodade ja liiva kuhjumise tagajärjel on moodustunud palju poleemikat tekitav Eesti fosforiit (joonis 1).

Lisaks apatiidile on eluslooduses enim levinud erineva struktuuriga kaltsiumkarbonaadid, mille keemiline valem on CaCO3. Aatomite erinevast paigutusest tingituna esineb sama keemilise koostise juures kolm erinevat mineraali – ebapüsivad mineraalid aragoniit ja vateriit ning stabiilne kaltsiit. Enamasti moodustub elusorganismides aragoniit või vateriit, mis peale organismide surma ümberkristalliseerumise tulemusena muutub kaltsiidiks.  Selle protsessi tulemusena on ka meie lubjakivis leiduvad fossiilid kaltsiidist. Karbonaatsetest mineraalidest moodustavad enda koja või skeleti enamik karpe ja käsijalgseid, korallid ning lubivetikad. Lisaks eelmainitutele on kaladel huvitava kombinatsioonina skelett moodustunud apatiidist kuid „kõrvades“ paiknevad kuulmeluud kaltsiumkarbonaadist. Lisaks põhikomponentidele sisaldavad kõik mineraalid ka jälgelemente. Just need jälgelemendid, mille sisaldused võivad olla kuni 100 miljardit korda väiksemad kui põhilementide omad, kannavad endas olulist informatsiooni selle kohta, millistes keskkonnatingimustes on mineraal moodustunud.

Vee soolsust on võimalik hinnata erinevate mereelukate kodade magneesiumi (Mg) ja strontsiumi (Sr) sisalduste järgi.

Näiteks soolsust on võimalik hinnata erinevate mereelukate kodade magneesiumi (Mg) ja strontsiumi (Sr) sisalduste järgi. Need keemilised elemendid on levinud merevees, kuid mitte magedas vees, mis sisaldab võrreldes mereveega, rohkem baariumit (Ba).  Mõistmaks  mineviku sündmusi ja tänapäeval toimuvaid protsesse maailmamerede eri piirkondades, on parimaks viisiks koguda ja analüüsida mere põhjasetetest erinevatel aegadel elanud elusorganismide jäänuseid.

Lisaks eelnevalt kirjeldatud mikroelementidele pakuvad geoloogidele huvi ka erinevate elementide isotoopide* sisalduse suhe, sest see sõltub tekkekeskonna temperatuurist. Mere põhjast kogutud lubivetikate või korallide hapniku isotoopide omavahelisi suhteid mõõtes on geoloogidel võimalik hinnata näiteks vee temperatuuri, milles nad kasvasid.

Geoloogid ja kalakriminalistika

Eelnevalt kirjeldatud jälgelementide sisalduste uurimine ei ole oluline pelgalt geoloogilises ajas toimuvate protsesside hindamiseks, vaid on kasutatav ka näiteks kriminalistikas. Nimelt, enamasti toimub biomineralisatioon organismides kihiliselt. Ehk organismid kasvatavad või uuendavad enda koda või skeletti eluea jooksul nii, et uued kihid tekivad vanade kihtide peale. Saame seda ette kujutada näiteks puude näitel, kus iga aastaga lisandub puule uus aastarõngas. Sama toimub ka karpide kodades, korallide skelettides, kalade „kõrvades“ kuulmeluude näol, aga ka inimeste küüntes ja juustes. Kuna iga uus kiht peegeldab just selle moodustumise ajal valitsevaid keskkonnatingimusi, saame nende kihtide uurimisel öelda, millises keskkonnas üks või teine organism oma elu jooksul viibinud on.

Joonis 2. Kala poleeritud kuulmeluu ehk otoliit millel on näha kala eluaja jooksul ladestunud kihid (pilt: DIFFABS).
Joonis 2. Kala poleeritud kuulmeluu ehk otoliit millel on näha kala eluaja jooksul ladestunud kihid (pilt: DIFFABS).

 

Eestis on eelmainitule toetudes tehtud edukalt kalakriminalistikat. 2015. aastal teostati TÜ geoloogia osakonnas koostöös TÜ Mereinstituudi teadlastega uuringud keskkonnainspektorite poolt konfiskeeritud kalade päritolu tuvastamiseks. Kaladelt eemaldati kuulmeluud ehk otoliidid, milles salvestub kihiliselt informatsioon kala elukeskkonna kohta (joonis 2).

Teostatud analüüside põhjal (joonis 3 ja 4) oli võimalik selgelt eristada kasvanduses kasvanud ja looduses vabalt elanud forellide vahel. Kasvanduse kalad elavad pidevalt ühesuguses keskkonnas ja tavaliselt on see keskkond ka neile stressirohke. Stressis forellidel hakkab aga otoliitides aragoniidi asemel ladestuma hoopis vateriit, mis sisaldab olulisel määral magneesiumi (Mg) mida aragoniidis aga pole. Lisaks sellele toimub looduses forellide migreerumine ehk nad sünnivad jões ehk magedas vees, liiguvad mõneks ajaks merre ja siis naasevad jõkke.

joonis 3. TÜ geoloogia osakonnas paiknev laser-ablatsiooni induktiivsidestatud plasma mass-spektromeeter (LA-ICP-MS), millega mõõdeti kalade kuulmeluudes leiduvate jägelementide sisaldusi
Joonis 3. TÜ geoloogia osakonnas paiknev laser-ablatsiooni induktiivsidestatud plasma mass-spektromeeter (LA-ICP-MS), millega mõõdeti kalade kuulmeluudes leiduvate jägelementide sisaldusi
joonis 4. Kuulmeluu analüüsimine LA-ICP-MS** abil. Pildil on näha 40µm suurust laseri täppi ja laseri liikumise trajektoori.
Joonis 4. Kuulmeluu analüüsimine LA-ICP-MS** abil. Pildil on näha 40µm suurust laseri täppi ja laseri liikumise trajektoori.

Uurides otoliitides paiknevaid erinevaid kihte on võimalik strontsiumi ja baariumi sisalduste järgi öelda kas ja kui kaua on kala viibinud kas magedas või soolases vees. Teostatud analüüside tulemusi kasutati kohtumenetluses ja sellega tõestati  röövpüük. Seda juhtumit kajastati ka saates Radar (Osa 75minutid 28:00-34:25). Sarnasel printsiibil on teostatud ka uuringuid geoloogia õppekava tudengite juustest, mille baasil sai tuvastada mereäärsetest piirkondadest Tartusse õppima tulnud esmakursuslasi.   

 

*Isotoopide puhul on tegemist sama keemilise elemendiga, mille tuumas on erinev arv neutroneid. Näiteks vesinikul võib olla aatomi tuumas 0-2 neutronit

**LA-ICP-MS koosneb laserist, plasmageneraatorist ja massispektromeetirst. Sellise aparatuuriga on võimalik uurida väga väikeseid, kuni mõne µm suuruseid, objekte ja tuvastada väga väikeseid keemiliste elementide sisaldusi – suurusjärgus 1 ppm, mis on 10000 korda väiksem sisaldus kui 1%.


Autor: doktorant Päärn Paiste (paarn.paiste@ut.ee) ˗Tartu Ülikooli geoloogia osakond, Ravila 14A, 50411 Tartu

Toimetas: Lauri Joosu

Advertisements