Yli kahden kilometrin syvyisestä kairareiästä paljastui haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, jotka yleensä yhdistetään huonoon sisäilmaan. Jo aiemmin reiästä on löydetty kymmeniä miljoonia vuosia vanhaa pohjavettä.
Haihtuvat orgaaniset yhdisteet eli VOC-yhdisteet tunnetaan teollisista prosesseista ja materiaaleista peräisin olevina epäpuhtauksina ja sisäilman heikentäjinä, mutta niitä muodostuu myös luonnossa kuten soilla, metsissä, tulivuorissa ja kuumissa lähteissä.
Helsingin yliopiston ja VTT:n tutkijat ottivat kaasu- ja mikrobinäytteitä syvältä reiästä, jonka Geologian tutkimuskeskus (GTK) on kairannut tieteellistä tutkimusta varten malmiesiintymistään tunnetulle alueelle Outokumpuun.
Kalliopohjavedestä löydettiin laaja kirjo erilaisia luonnon VOC-yhdisteitä 500-2 300 metrin syvyydestä. Kiteisen kallioperän ja sen pilaantumattomien pohjavesien VOC-yhdisteistä ei ollut juurikaan tietoa ennen tätä.
Auttaa ymmärtämään hiilen kiertokulkua
Tutkimustuloksilla voi olla merkitystä niin globaalin hiilen kierron ymmärtämiseen kuin maanalaisten tilojen – esimerkiksi kaivosten – ilmanlaatuun.
Tutkimuksessa osoitettiin, että syväbiosfäärin mikrobeilla, erityisesti bakteereilla ja sienillä, on tärkeä rooli VOC-yhdisteiden tuottajina ja hajottajina. VOC-yhdisteiden pitoisuudet ja koostumus heijastavat kuitenkin myös paikallisen kallioperän ominaisuuksia, kuten hiili- ja rikkipitoisuutta sekä hapetus-pelkistysolosuhteita.
– VOC-yhdisteiden jäljille meidät johdatti haju, kertoo tutkimuksen geokemiallisesta osuudesta vastannut Helsingin yliopiston apulaisprofessori Riikka Kietäväinen.
Useat yhdisteistä, kuten aromaattiset hiilivedyt ja rikkiyhdisteet haiskahtavat jo erittäin pieninä pitoisuuksina.
– Haistelijasta riippuen Outokummun syväreiän kalliopohjavesien tuoksua kuvailtiin merelliseksi tai viemäriksi, jopa hieman makeaksi. Hajun tarkempaa lähdettä selvitettiin analyyttisin menetelmin, käyttäen termodesorptio-kaasukromatografi-massaspektrometriaa, Kietäväinen kertoo.
Tutkimuksissa paljastui yli 40 erilaista VOC-yhdistettä, yleisimpinä butaani, bentseeni ja dimetyylisulfidi. Yhdisteiden joukossa oli myös muita hiilivetyjä, alkoholeja, ketoneja ja aldehydejä.
– Tutkimme mikrobien mahdollista roolia näiden VOC-yhdisteiden muodostumisessa tai hajoamisessa analysoimalla mikrobiyhteisön geenitietoa, kertoo VTT:n erikoistutkija Mari Nyyssönen.
– Syvässä kallioperässä mikrobeille on tarjolla vain vähän erilaisia ravinnon– ja hiilenlähteitä ja tutkimuksen tulokset osoittavat, että nämä VOC-yhdisteet tuovat uudenlaisia mahdollisuuksia mikrobien ruokapöytään, Nyyssönen jatkaa.
Kymmeniä miljoonia vuosia vanhaa pohjavettä
Outokummun syväreiän kairaus valmistui tasan 20 vuotta sitten. Helsingin yliopiston, VTT:n ja Geologian tutkimuskeskuksen (GTK) tutkimusyhteistyö Outokummun syväreiällä on tähän mennessä paljastanut muun muassa kymmeniä miljoonia vuosia vanhaa pohjavettä sekä monipuolisen, kalliopohjavedessä ja kivipinnoilla elävän mikrobiyhteisön.
– Tämän tutkimuksen myötä olemme ottaneet seuraavan askeleen kohti elollisen ja elottoman maailman vuorovaikutusten ymmärtämistä. Tutkimus syväreiällä jatkuu edelleen, Kietäväinen ja Nyyssönen kertovat.
Outokummun ICDP-projektissa on tutkittu myös syväreiästä kerättyjen bakteerien ja sienien kiinnittymistä kivien pinnalle. Elektronimikroskooppikuvassa näkyy syvältä Outokummun kallioperästä peräisin olevista pitkulaisista mikrobisoluista serpentiniitti-kiven pinnalle.
Outokummun syväreikä
• Kairattu Outokummun kaupungin kaakkoispuolelle, Sysmäjärven vanhan aseman läheisyyteen vuosina 2004-2005
• 2516 m syvä, halkaisijaltaan 22 cm, pystysuora kurkistusikkuna 1,9 miljardia vuotta vanhaan kiteiseen kallioperään
• Lämpötila reiän pohjalla noin +40°C
• Osa kansainvälistä tieteellistä mantereiden kairausohjelmaa (International Continental Scientific Drilling Program, ICDP).