Kivimite väljavõtmisega maa seest kaasneb mitmeid ohtusid, muu hulgas veega seotud riske. TÜ teadlaste kaasabil kogutud andmete põhjal on valminud põhjaveemudel – tööriist, mida saab kasutada veega seotud võimalike tulevikuprobleemide ennetamisel.

Iga natukese aja tagant kerkib Eestis päevakorda fosforiidi kaevandamise teema, mis tekitab ühiskonnas diskussioone ja vastakaid arvamusi. On perioode, mil poliitikute hirmu erakonna reitingute langemise pärast on olnud kõige lihtsam leevendada fosforiidi uurimise keelamisega. Diskussioonide sisukamaks muutumisele pole see kuidagi kaasa aidanud. Pigem on need kippunud jääma arvamuste tasemele, sest pole olnud midagi, millele tugineda – vanad nõukogudeaegsed uuringud on tehtud hoopis teistsuguste plaanide järgi, kuna tollal ei olnud looduskeskkonnaga arvestamine sugugi prioriteet. 

Et aga ühiskondlik arutelu ei jääkski arvamuspõhiseks, tegid Tartu Ülikooli geoloogid koos Eesti Maaülikooli ja OÜ IPT Projektijuhtimine spetsialistidega mõne aasta eest Keskkonnainvesteeringute Keskuse toel uuringu, milles käsitleti Virumaa maavarade võimaliku kaevandamise keskkonnamõju pinna- ja põhjaveele ning maastikele. Muu hulgas uuriti, missugust mõju avaldaks fosforiidi kaevandamine maavara erinevatel levialadel ning mis juhtuks põhja- ja pinnaveega, kui põlevkivikaevandusi juurde rajataks. 

Uuringu käigus koostati keskkonnageoloogilised mudelid, mis vastaksid Virumaa tegelikule geoloogilisele situatsioonile. Lihtsustatult öeldes loodi virtuaalsed fosforiidikaevandused Pandivere kõrgustiku võlvile, nõlvale ja jalamile. Lisaks valmis virtuaalne põlevkivikaevandus praegustest kaevandustest lõuna poole, kus ei saa lähtuda otseselt senistest kogemustest.

mudel.png

Virumaa põhjaveemudel on tööriist, mis sisaldab geoloogiliste kihtide omadusi ja levikuandmeid ning põhjavee survetaseme vaatlus- ja veetarbimise andmeid alates 1950. aastatest. 

Mudeleid luues üritati võtta aluseks praegustes majandustingimustes realistlikud kaevanduste mõõtmed. Arvestati, et kui kaevandaja teeb investeeringu näiteks 30 aastaks, eeldab ta mingisugust toodangumahtu, et investeering ära tasuks. Fosforiidi puhul tähendab see, et seal, kus P₂O₅ sisaldus on liivakivis suurem või fosforiidikiht paksem, piisab, kui kaevanduse pindala on 6–8 km². Paigus, kus kivim on lahjem või selle kiht õhem, peaks kaevanduspinda olema 15–20 km². Teisisõnu ei tähendaks fosforiidi kaevandamine kogu Pandivere ümberpööramist, nagu on kuulda olnud, ning igapäevaelus ei tohiks ette tulla juhtumeid, kus elamu juures ei saa parklat laiendada põhjusel, et see paikneb riikliku tähtsusega fosforiidimaardla peal.

Pandiverelt pärit vesi?

Nii nagu fosforiidisõja ajal, on ka tulevikus kaevandamise keskkonnamõjust rääkides olulisel kohal veega seotud küsimused. Neile vastamiseks koostati uuringu käigus põhjaveemudel, mis ulatub Soome lahest Tartumaani ning Harjumaast Narva jõe taguste Venemaa aladeni – seega vaadati kaugemalegi kui Lääne- ja Ida-Virumaa. Selleks, et modelleerida põhjavee voolamist Pandivere kõrgustikul, tuli mudelile kanda nii jalamil olevad toitealad kui ka väljavoolukohad. 

Põhjaveemudel on aidanud mõtestada paremini üldisi põhjavee voolamise seaduspärasusi Pandivere kõrgustikul ja andnud juurde aega. Aeg-ajalt kostab väiteid, nagu me jooksime kõik Pandivere vett, sest selles piirkonnas toimub veekihtide toitumine. See väide ei pea paika ja näiteks Tartus vett juues võib olla kindel, et Pandiverelt see ei pärine. 

Kivimid jaotatakse veekihtideks ja veepidemeteks. See jaotus on tinglik ja lähtub inimese praktilistest vajadustest. Veekihte moodustavad kivimid, kust saab tavaliselt sedavõrd palju vett kätte, et on mõtet rajada kaev. Ülejäänud kivimid on veepidemed.

Looduses moodustavad kivimid oma filtreerimisvõime poolest rea, kus olenevalt savikusest, poorsusest ja lõhelisusest muutub veejuhtivus vähemalt 12 suurusjärku. Pandivere on kihiline ja seal on maapinna lähedal väga hea veejuhtivusega kivimid. Nende filtreerimisvõimet on aidanud parandada ka karstumine ehk lubjakivi lahustumine. Seetõttu voolab põhjavesi ülemistes veekihtides kiiresti ja veevahetus toimub aastakümnete kuni mõne tuhande aasta mõõtkavas. Sügavamale minnes aga kivimite koostis muutub ning suurema koorma all on praod ja lõhed tugevamini kokku pressitud. Veejuhtivus on kehvem nii veekihtides kui ka veepidemetes.

Loodud põhjaveemudel on heas kooskõlas uuemate põhjavee isotoopuuringute andmetega, mis näitavad, et liustiku sulavesi esineb lubjakivis sügavamal kui 70–100 meetrit ja ka fosforiiti kandvas liivakivis. Mere lähedal on lubjakivikihi paksus vaid mõnikümmend meetrit, mudeli lõunaosas mitusada meetrit. Kui lubjakivi paksus on näiteks 200 meetrit, siis ülemise 70–100 meetri ulatuses on värske vesi ja sügavamal liustiku sulavesi. Lubjakivi all olevas liivakivis on peaaegu alati liustiku sulavesi, olenemata sellest, kas liivakive katvaid lubjakive on natuke või palju.

Teatavasti sulavad mandriliustikud üsna suurel alal ning nende all on survelised veed, mis saavad kivimitesse tungida. Nendes kivimites ei ole pärast jääaega vesi vahetunud. Teemaga rohkem kursis olevad inimesed küsivad seepeale kindlasti, miks on nendes veekihtides Pandivere kõrgustiku alal suurem veesurve (ehk kaevudes on veetase suuremal absoluutkõrgusel), kui veevahetust ei toimu. See on nii sellepärast, et ülevalt tulev pealevool ja veekihte pidi küljele äravool on tasakaalus. Kui veekihte moodustavad kivimid juhiksid väga hästi vett ära, ei oleks Pandivere kohal veetase nii kõrgel (näiteks sügavamal olevates kambriumi-vendi veekihtides Pandiverega seotud veetaseme kõrgenemist pole). Kui kivimites asuv vesi eest ära ei liigu, siis piisab väga aeglasest juurdevoolust, et veetase püsiks kõrge.

Veesurve kadu

Ordoviitsiumi-kambriumi veekihi ehk fosforiiti sisaldava liivakivi suhteliselt hea isoleeritus teistest veekihtidest põhjustaks fosforiidi kaevandamisel mitmekümne kilomeetri raadiusega survetaseme alanduslehtri. Umbes nii ka nõukogudeaegsete mudelitega ennustati. Kui ülemistest-alumistest kihtidest tuleb vett väga vaevaliselt, laieneb veesurve alanduslehter väga kaugele, kusjuures väljavõetava vee kogus ei pruugi olla kuigi suur. Siinkohal on oluline eristada vabapinnalise veetaseme muutust küllastumata kivimis ja survetaseme muutust veega täidetud kivimis. Kuupmeetri liivakivi veega täitmiseks kulub üks vaaditäis ehk 200 liitrit vett, aga kui see juba on täitunud (nagu veekihid maa sees), on veesurve suurendamiseks ühe meetri võrra vaja sellesse kivimisse suruda vähem kui pool tassitäit vedelikku. 

Nii tulebki välja, et ühe fosforiidikaevanduse kuivana hoidmiseks tuleks liivakivist välja pumbata ühe-kahe Tartu linna tarbimise jagu põhjavett. Võrdluseks võib öelda, et põlevkivikaevandustest, kuhu vesi saab suhteliselt hästi infiltreeruda, pumbatakse välja palju suurem kogus (näiteks ainuüksi Estonia kaevanduse puhul terve Eesti rahvastiku veetarbimise jagu), ilma et alanduslehter ulatuks kaugemale kui mõned kilomeetrid.

Eelnevast võib jääda mulje, nagu ei rikuks fosforiidi kaevandamine Pandivere veerežiimi. Tegelikult võib see juhtuda küll – kõik sõltub sellest, millist tehnoloogiat kaevandaja kasutab. Peamine küsimus on selles, kuidas minna läbi fosforiiti katvate kihtide nii, et neist ei hakka kaevanduskäikudesse suures koguses põhjavett voolama. Veelgi olulisem on see, kuidas muuta kaevanduse katendit moodustavate vettpidavate kihtide omadusi võimalikult vähe.

Varisevad laed

Uuringu üks osa oli mäendustingimuste analüüs, et saada teada, mis juhtub kaevanduse kohal lasuvate veepidemetega. Liivakivi on Eestis üsna pehme ja veidigi suuremate käikude laed langevad sisse, nagu võib näha näiteks Piusas. Et liivakivil lasuvad lubjakivikihid ei lõheneks ja sisse ei langeks, peavad kaevanduskäigud olema suhteliselt kitsad ja tugisambad küllaltki laiad. See tähendab kaevandamiskadu ja suurema pindala vajadust. Lõpuks jääb ikkagi püsima oht, et aja jooksul sambad lagunevad ja lagi vajub läbi.

Maapinnale lähemal paiknevad veekihid ei saa võimalikust kaevandusest väga mõjutatud, kui veepidemete vertikaalne veejuhtivus suureneb vaid 1–2 suurusjärku, aga selle saavutamine on päris korralik insener-tehniline ülesanne. Üks mõistlikumaid lahendusi lagede vajumise vähendamiseks on täita kaevanduskäigud näiteks aheraine või muuga, mis asendaks mahu poolest välja võetud fosforiiti. See kõik tõstab fosforiidi omahinda ja kaevandaja ei pruugi oma tootele enam ostjat leida. 

Uuringu käigus valminud Virumaa põhjaveemudel on tööriist, mille suurim väärtus seisneb kogutud infos. See sisaldab geoloogiliste kihtide omadusi ja levikuandmeid (sh kaevanduste esinemine aeg-sõltuvalt)  ning põhjavee survetaseme vaatlus- ja veetarbimise andmeid alates 1950. aastatest. Kui on vaja Kirde-Eesti põhjaveeprobleemide põhjuseid uurida, ei pea enam nullist pihta hakkama. Mudel on üle antud Eesti Geoloogiateenistusele, kus seda uuendatakse ja täiendatakse. Põhjaveemudel on nagu Tallinna linn, mis ei saa kunagi valmis. 

200 aastat geoloogia õpetamist

Kalle Kirsimäe

Geoloogia osakonna juhataja, akadeemik

Sel aastal tähistatakse Eesti geoloogiahariduse 200. aastapäeva. 1820. aastal loodi Tartu Ülikoolis mineraloogiakabinet ja selle juures asus tööle esimene mineraloogiaprofessor Otto Moritz Ludwig von Engelhardt, kes alustas juba samal sügissemestril mineraloogialoengute pidamist.

Kahesaja aasta jooksul on geoloogiaõpe teinud läbi suuri muutusi, kuid selle põhiolemus on jäänud samaks: tunda ja õpetada Maa ehitust ning arengulugu, maapõues peituvaid kasulikke varasid ja nende säästlikku kasutust. Praeguses TÜ geoloogia osakonnas tehakse hoolimata selle väiksusest väga mitmekesist alus- ja rakenduslikku uurimistööd, mille erialadevaheline mõõde kasvab nii Tartu Ülikooli sees, koostöös teiste Eesti uurimisasutuste ja ülikoolidega kui ka rahvusvaheliselt.