Soome lahe raua-mangaani konkretsioonide tekkemehhanismide seos merepõhja geoloogilise ehituse ja lekkimislehtritega [Bakalaureusetöö. Juhendaja: A. Heinsalu; kaasjuhendaja: V. Karpin]

Hiljuti läbi viidud mereekspeditsioonide käigus avastati, et Soome lahe merepõhjas on lekkimislehtrid ning nendega on seotud raua-mangaani konkretsioonide ja valgete bakterimattide kooslus. Lekkimislehter on kraatrit meenutav nõgus pinnavorm, mis on tekkinud põhjavee ja/või gaaside väljapääsemisel merepõhja. Lekkimislehtrid paiknevad tihti merepõhja kõrgendikel. Käesolevas töös keskendutakse ühele konkretsioonide rikkale Soome lahe uuringualale, et teha kindlaks sealne merepõhja geoloogiline ehitus, tõlgendada lekkimislehtrite tekkimismehhanisme, selgitada välja merepõhja geoloogilise ehituse, lekkimislehtrite ja raua-mangaani konkretsioonide võimalikud omavahelised seosed ning pakkuda välja võimalusi tuleviku mereekspeditsioonideks. Lõputöö eesmärkide saavutamiseks interpreteeriti mereekspeditsioonidel setteprofilaatorite, sonarite ja allveerobotiga kogutud merepõhja alusandmeid.

Uuringualal liigestati seismoakustiliste profiilide põhjal neli seismostratigraafilist üksust: aluskord, Ediacara settekivimid, Balti jääjärve viirsavid ja Litoriinamere/Limneamere meremudad. Uuringualal lasuvad raua-mangaani konkretsioonid reeglina merepõhja kõrgendiku viirsavidel. Viirsavikiht on kõrgendikul osaliselt erodoreerunud ning selles leidub nii aktiivseid kui ka mitteaktiivseid lekkimislehtreid. Tõenäoliselt on viirsavi all ning kristalse aluskorra peal asuva geoloogilise kompleksi puhul tegemist Ediacara vettjuhtiva liivakiviga, millest pärinevad lekkimislehtreid tekitavad põhjavesi ja/või gaasid. Needsamad põhjavesi ja/või gaasid võivad olla seotud uuringualal levivate raua-mangaani konkretsioonide ja valgete bakterimattide moodustumisega. Meremudad levivad merepõhjas vaid väljaspool kõrgendikku ja seal raua-mangaani konkretsioonid puuduvad.

Kuna andmed Soome lahe geoloogilise ehituse kohta on peamiselt kogutud kaudsete seismoakustiliste meetodite abil, on geoloogilise tegelikkuse välja selgitamiseks vaja viia läbi täiendavaid uuringuid. Vajalik on koguda kivimiproove viirsavide all lasuvast kihist, et paremini mõista konkretsioonide tekkeprotsessi. Lõputöös on välja pakutud neli potentsiaalset uuringujaama proovide võtmiseks, kus viirsavikiht puudub või on piisavalt õhuke. Eesti merelaevastikul puudub hetkel võimekus sellise uuringu läbiviimiseks ja tuleb teha koostööd teiste Läänemere teadusasutustega kuni valmib Eestile uus teaduslaev.

Abstract

Iron-manganese concretions and white bacterial mats are found in regions around pockmarks on the seabed of the Gulf of Finland. Pockmarks are structural features of the seafloor that resemble craters and are formed by the release of groundwater and/or gases into the seabed. They are often situated on seabed ridges. This study focuses on a specific area in the Gulf of Finland that is rich in concretions, with the aim to determine the geological structure of the seabed, interpret the formation mechanisms of the pockmarks, explore their relationship with iron-manganese concretions, and suggest possibilities for future marine expeditions. To achieve these objectives, previously collected seabed data from sub-bottom profilers, sonars, and underwater robots were analysed.

In the study area, four seismostratigraphic units were identified based on seismic-acoustic profiles: the basement, Ediacaran sedimentary rocks, varved clays of the Baltic Ice Lake, and Littorina Sea/Limnea Sea muds. Concretions in the study area lie on varved clays, while the Littorina Sea/Limnea Sea muds are found only outside the seabed ridge where they cover the 10 m thick varved clay layer. The varved clay layer on the ridge is partially eroded, containing both active and inactive pockmarks. It is likely that the geological complex beneath the varved clay and above the crystalline basement consists of Ediacaran sandstone, from which the fluids creating the pockmarks originate. These fluids may be linked to the formation of iron-manganese concretions and white bacterial mats in the study area.

Since data on the basement and bedrock of the Gulf of Finland have primarily been collected using indirect seismic acoustic methods, further studies are necessary to uncover the actual conditions. It is essential to collect samples from the geological layer beneath the varved clays to better understand the concretion formation process. The thesis identifies four favourable sampling stations where the varved clay layer is absent or thin. As Estonian vessels lack the specific equipment for such research, cooperation with other Baltic Sea marine institutions is necessary until Estonia's planned new research vessel has been built.