Eesti geoloogidele on alati huvi pakkunud Peipsi järve alla jääva ala geoloogiline ehitus. Kuigi oli hästi teada, et suur osa Peipsist asub Devoni settekivimitest aluspõhja avamusel, polnud siiski selge, kui suur on Devoni kivimite paksus, missugune on aluspõhja pinnamood või kui paksult lasub aluspõhjal Kvaternaari setteid.

Oleks vale väita, et andmeid Peipsi põhja geoloogia kohta pole üldse. Juba möödunud sajandi 50-ndatel aastatel puuriti teeneka geoloogi Kalju Kajaku algatusel ujuvalt parvelt puurauk Sahmeni madaliku kohal Peipsi loodeosas. Selgus, et Devoni kivimitel lasuva liustikusettekihi, moreeni paksus on seal üle 25 meetri [1]. Nii sügavaid puurauke ei ole Peipsi järves siiani rohkem tehtud. Madalaid, pärastjääaegseid setteid on puuritud mitmel pool. Kvaternaarisetete pindmist osa läbivad arvukad puuraugud Piirissaare ümbruses ja Värska lahes, paar puurauku Lämmijärvel ja kümmekond Peipsi Suurjärve läänekalda lähedal. Järvepõhja pindmist osa moodustavate setete uurimise tulemusena on koostatud põhjasetete levikuskeem [4].

Akustika annab informatsiooni
Suuremate veekogude põhjasetteid on üsna raske tundma õppida. Kõige objektiivsemaid andmeid saadakse veekogu põhja puurimisega. Seda mõjutavad oluliselt mitmed tegurid, nagu põhjasetete iseloom ja veesügavus, samuti ilmastikuolud, sest tavaliselt on tööks vaja stabiilset alust.

Veekogu põhja geoloogilist ehitust on tõhus uurida geofüüsikaliste meetodite, eelkõige seismoakustilise pidevsondeerimise abil. Kuna Eestis polnud sobivaid seadmeid, tehti koostööd Stockholmi ülikooli geoloogia ja geokeemia instituudiga. 1994. aasta juunis saabusid geoloogiadoktor Tom Flodén ja doktorant Monica Bjerkéus varustusest pungil bussiga Mustveesse. Aparatuur – suruõhukahur, hüdrofonid, kajalood, kompressorid, vahelduvvoolugeneraatorid ja palju muud – laaditi laevale Limnoloog ning töö võis alata.

Akustiline pidevsondeerimine seisneb lühidalt järgmises: laeva järel veetavast madalsagedusgeneraatorist (õhukahur) suunatakse vette madalsagedusega suruõhuimpulss intervalliga 45 lasku minutis. See tekitab akustilise signaali, mis tungib seda sügavamale järvepõhja, mida väiksem on võnkesagedus. Peipsi põhja sondeerides kasutati sügavamal paiknevate paleosoiliste kivimite uurimiseks sagedusvahemikku 250–500 hertsi ja kvaternaarisetete jaoks vahemikku 450–900 hertsi. Järve põhja ja seal leiduva gaasi- ja veerikka järvemuda kohta saadi lisainformatsiooni kajaloodi abil (töösagedus 33 kHz). Eri sette- või kivimikihtide pinnalt peegeldub osa akustilisest energiast tagasi, ülejäänu tungib edasi sügavamale. Peegeldunud energia püütakse kinni hüdrofoniga, mis seejärel muundatakse elektrilisteks signaalideks ning salvestatakse analoogmeetodil profilograafiga elektritundlikule paberilindile.

Järgneb andmete tõlgendamine ja töötlemine. Kirjeldatud aparatuur fikseerib aja, mis kulub akustilistel lainetel teatud settepinnani ja sealt tagasi peegeldununa hüdrofonini jõudmiseks. Nii saadakse esialgsed profiilid või läbilõiked ajaskaalas. Geoloogide ja geofüüsikute ülesanne on teadaolevatele geoloogilistele andmetele toetudes tõlgendada eri peegelduspinnad geoloogiliseks informatsiooniks ning transformeerida ajaskaala ümber sügavusskaalaks, kasutades kindlaks määratud akustiliste lainete levikukiirusi eri setetes. Näiteks veesambas levib akustiline laine kiirusega 1440 m/s, hilis- ja pärastjääaegsetes järvelistes savides-liivades 1550 m/s, jääjõelistes kruusades ja liivades 1700 m/s, moreenis 1800 m/s ning lubjakivides koguni 3500–4000 m/s. Meetodi oluline eelis on see, et ala geoloogilisest ehitusest saadakse pidev läbilõige (antud juhul tehti profiile kokku umbes 500 km), samas kui puuraukude järgi koostatavate läbilõigete puhul jääb puuraukudevaheline ala tegelikult uurimata. Siiski on ka pidevsondeerimismeetodil puudusi, näiteks ei saa me uuritavaid kivimeid näha, kombata ega proovida.

Pärast seismoprofiilide tõlgendamist digiteeriti oletatavad või eristatud litoloogilised piirid ehk settepinnad ning arvutiga töötlemisel saadi kaardid, mis kujutavad kvaternaarisetete tüsedust, aluspõhja pinnamoodi, Devoni kivimite paksust ning Ordoviitsiumi ja Devoni kivimite kontakti pinnamoodi [2, 3].

Ootamatult tüse kvaternaarikate

Saadud tulemustest üllatas kvaternaarisetete suur paksus. Järve keskosas ja kohati ka lääneranniku lähedal on nende tüsedus üle 50 meetri. Üldiselt suureneb kvaternaarikatte paksus põhjast lõunasse. Kui jätta kõrvale järve loode- ja põhjaosa, kus kihi tüsedus ulatub 10 meetrini, siis mujal on kvaternaarisetteid vähemalt 20 meetri jagu. Võrdlus aluspõhja pinnamoe kaardiga näitab, et kvaternaarisetete kiht on paksem aluspõhja nõgude kohal.

Seismoprofiilide lähemal uurimisel ilmnes, et kvaternaarisetete sees saab eristada aluspõhjal lasuvat liustikusetet moreeni ning selle peal jääjärve- ja järvesetteid. Moreeni paksus on järve põhja- ja loodeosas üsna ühtlane (kuni kaheksa meetrit), kuid lõuna pool varieerub (5–26 meetrit, maksimaalselt 31,5 meetrit Piirissaarest veidi loodes). Võimalik, et see ala kujutab endast nooremate setete alla mattunud künklikku moreenreljeefi, mida leidub ka järvepõhjas Piirissaarest kagu pool. Moreeni on rohkem aluspõhja pinnamoe lohkudes.

Jääjärvelise savi ning järvelise liiva ja muda paksus kokku on suurim (34–36 m) Peipsi keskosas, ent jääb loodeosas sageli alla ühe meetri. Nimetatud setteid on rohkem moreeni pinnas olevates lohkudes, kusjuures kohati puuduvad need täiesti ja järvepõhjas paljandub moreen.

Aluspõhja pinnamoes köidab tähelepanu kõrgemat ja tasast põhja- ja loodeosa kaheks jagav lai vagumus, mille sügavus suureneb lõuna poole. Selle vagumuse põhi on järve keskosas 60 meetri võrra madalamal järve veetasemest, mis asub 30 meetrit üle merepinna. Vagumuse lääneveer on üsna järsk. Vagumuse põhjal on mitu paarikümne meetri sügavust lohku. Huvipakkuv on aluspõhja pealispinna tõus lõuna pool sügavat vagumust. Piirissaarest kümmekond kilomeetrit põhja pool kerkib aluspõhi meretasemeni. Seega on võimalik, et Piirissaar asub aluspõhjakõrgendikul. Pealegi võib see anda tunnistust sellest, et varem oletatud piki Peipsit kulgevat vana orgu (Velikaja oru pikendust) ei olegi tegelikult olemas.

Vägev vundament Devoni kivimitest

Seismoakustilise meetodiga saab uurida ka kvaternaarisetete alla jäävaid aluspõhjakivimeid. Devoni settekivimite paksus suureneb põhjast lõunasse. Kõige õhem on see Peipsi põhjaranna lähedal. Devoni liivakivide avamusala piir asub oletatavasti peaaegu rannajoonel, sest Peipsi põhjaranniku puuraukudes (Alajõel, Lohusuus, Smolnitsas jm.) avaneb kvaternaarisetete all Ordoviitsiumi settekivimite kiht. Emajõe suudme lähedal ulatub Devoni kivimikihi paksus juba 160 meetrini. Kallastelt lõuna pool kasvab Devoni setete tüsedus tähelepanuväärselt kiiresti 30–40 meetrilt 70 meetrini, Alatskivist lõuna pool 110–115 meetrini. Ka Piirissaarest lõunasse jäävas, kuid tunduvalt kitsamas vööndis, suureneb Devoni kivimikihi paksus järsult 15 meetri võrra. Need üsna järsud Devoni liivakivikihi tüseduse muutused on tõenäoliselt seotud tektooniliste riketega. Ilmselt tõestavad seda oletust ka andmed Ordoviitsiumi karbonaatkivimite ja Devoni purdkivimite piiri sügavuse kohta. See piir muutub järsult sügavamaks samades kohtades, kus muutub Devoni kivimite paksus. Kui järve põhjaosas muutub Devoni-Ordoviitsiumi settekivimikihtide piiri sügavus umbes kaks meetrit kilomeetri kohta, siis eelnimetatud laias vööndis suureneb langus 4,5–5,0 meetrit kilomeetri kohta. Nii on Emajõe suudme lähedal see piir järve veetasemest 190 m allpool, seega 160 meetrit üle merepinna.

Ordoviitsiumi ja Devoni kivimite kontakt on geoloogiliselt väga huvitav, kuna see pind on suures osas kujunenud Siluri ajastu lõpust Kesk-Devonini kestnud settimislünga vältel, mil Eesti ala oli maismaa. Kuigi Kesk-Devoni ajastul jäi Eesti ala uuesti pealetungiva mere alla, mistõttu maismaal tekkinud pinnamoodi osalt kindlasti tasandati, võib siiski oletada, et Devoni transgressiooni eelne pinnamood oli tasane ja väheliigestatud.

1. Kajak, Kalju 1964. Peipsi nõo geoloogiast ja geomorfoloogiast. Eesti Geograafia Seltsi Aastaraamat 1963. Tallinn: 20–30.

2. Miidel, Avo et al. 2001. Bedrock geology and topography of the Lake Peipsi depression, eastern Estonia. GFF 123 (1): 15–22.

3. Noormets, Riko et al. 1998. Seismic stratigraphy of Quaternary deposits in Lake Peipsi, eastern Estonia. GFF 120 (1): 47–52

4. Raukas, Anto; Rähni, Endel 1981. Strukturnye tipy donnykh otlozhenij Pskovsko-Chudskogo ozera i osobennosti ikh formirovaniya. Donnye otlozheniya Pskovsko-Chudskogo ozera. Tallinn: 7–22

Avo Miidel (1933) on geoloog, töötab Tallinna tehnikaülikooli geoloogia instituudis, vanemteadurina.

Tiit Hang (1958) on geograaf, töötab Tartu ülikooli geograafia instituudis.