קרחונים ומפלסי ים

הבאת עד נבכי ים ובחקר תהום התהלכת
(איוב ל"ח, ט"ז)

התקררות אקלימית בעידן החדש

לפני 66 מיליון שנה הסתיים העידן התיכון במשבר סביבתי קשה, שהביא להכחדה של כמחצית ממיני אוכלוסיית כדור הארץ, והתחיל העידן החדש. בהיבט של גאוגרפיה קדומה ואקלים קדום, התאפיין רוב הזמן של העידן התיכון באקלים חם ונוח, שלא היה דומה לו בהיסטוריה של כדור הארץ. היו אמנם פרקי זמן של התקררות ושל משברים סביבתיים, אולם לאחר המשבר החמור של סוף העידן הקדום, לפני כ-245 מיליון שנה, שבו נכחדה רוב האוכלוסיה הימית של כדור הארץ, הלך האקלים והתחמם במשך כ-160 מיליון שנה, והמשברים הסביבתיים שהתרחשו בפרק זמן זה לא שינו את ההתפתחות האקלימית הכללית. סביר להניח כי האקלים הנוח התפתח כנראה עקב מיקומם של אוקיאנוסים נרחבים באזור המשווני, שקלטו חלק גדול מאוד מקרינת השמש ופיזרו אותה ביעילות כלפי הקטבים. תום העידן התיכון הוא קצו של פרק הזמן האקלימי הנוח, והעידן החדש הצטיין בתנודות אקלימיות חריפות של אקלים חם וקר לסירוגין. תכיפות השינויים הלכה וגברה מתחילת העידן אל ההווה, והיא מהווה אחד המאפיינים המובהקים של התקופה הגאולוגית הזאת. הגאוגרפיה של העידן החדש מצטיינת במערכת של אוקיאנוסים שכיוונם הכללי הוא מצפון לדרום, מערכת המגבילה את הזרמים הימיים המשווניים מזה ומאפשרת אספקת מים קרים מאזורי הקטבים לאזורים הממוזגים מזה.

תחילתו האקלימית של העידן החדש הייתה בהתחממות נרחבת דווקא, לאחר ההתקררות החריפה של סוף העידן התיכון, שחלה קודם לכן, לפני כ-66 מיליון שנה. ההכחדה של כמחצית המינים הביולוגיים בסוף העידן התיכון הותירה גומחות סביבתיות רבות ריקות מיושביהן, וההתחממות שהתרחשה לאחר מכן אפשרה למינים ששרדו להתפרס ולהתיישב בגומחות ריקות אלו. מאחר שהעידן החדש הצטיין, כאמור, בתהפוכות אקלימיות, הרי תהליכי הברירה הטבעית הביאו לשרידותם של מינים שבתכונותיהם יש מן ההתמחות הדרושה בתקופות האקלימיות הנוחות, ומן ההסתגלות הנחוצה בזמן המשברים הסביבתיים ההולכים ונשנים.

מיקומם של הרכסים המרכז-אוקיאניים בעידן החדש היה גורם חשוב ביותר בעיצוב האקלים בעידן הזה. נוסף על מיקומם של האוקיאנוסים והיבשות באזור המשווני, תהליכים טקטוניים אחרים שעיצבו את הגאוגרפיה של העידן החדש ואת האקלים של פרק זמן זה הם:

– התנתקותה של יבשת אנטארקטיקה מאוסטרליה ומדרום אמריקה.
– ניתוק החיבור הימי המשווני בין האוקיאנוסים ההודי והאטלנטי עם סיום תהליכי סגירתו של אוקיאנוס טתיס.
– ניתוק החיבור הימי המשווני בין האוקיאנוסים האטלנטי והשקט כאשר הושלם החיבור היבשתי בין אמריקה הצפונית והדרומית.

הניתוק בין אנטארקטיקה לבין אוסטרליה, שהסתיים לפני כ-45 מיליון שנה, הביא להתפתחותו של זרם ימי באזור הקוטב הדרומי שהעביר כמויות מים גדולות שהלכו והתקררו. מים קרים אלה עברו מסביבות אנטארקטיקה אל קרקעיות כל האוקיאנוסים, וגרמו להכחדה רבת היקף של בעלי החיים שהתגוררו בקרקעית האוקיאנוסים בתקופת האאוקן התיכון, לפני כ-44 מיליון שנה. הניתוק בין אנטארקטיקה ודרום אמריקה, שנשלם לפני כ-25 מיליון שנה, עוד הגביר את עוצמת הזרימה של הזרם האנטארקטי ואת השפעתו האקלימית. כך התמקם לו לפני כ-25 מיליון שנה, בראשית תקופת המיוקן, גוש יבשתי גדול באזור הקוטב הדרומי, כשהוא מוקף בים רחב ממדים. הרצף הימי סביב ליבשת אנטארקטיקה והרוחות המערביות החזקות השכיחות באזור זה של כדור הארץ, הובילו להיווצרותו של זרם ימי גדול ומהיר, המעביר כמויות מים עצומות. הזרם הולך וסובב את אנטארקטיקה, מימיו הולכים ומתקררים וצפיפותם הולכת וגדלה, עד שהם שוקעים אל קרקעית האוקיאנוסים הדרומיים. מים קרים אלה נודדים על קרקעיות האוקיאנוסים אט אט צפונה ומקררים את מי הקרקעית של כל האוקיאנוסים. במקומות שבוקעים בהם מי הקרקעית מהמעמקים אל פני האוקיאנוס בתהליכי זרימה כלפי מעלה (upwelling), הם מקררים את סביבתם, מפחיתים את שיעור התאיידות מי הים וגורמים לתנאי אקלים יבש וקר ביבשה הסמוכה.

הצטמצמותו של אוקיאנוס טתיס, שהתחילה כבר בשלהי העידן התיכון, הגיעה לשלב מתקדם בחלקו הראשון של העידן החדש, ובעקבות סגירת האוקיאנוס הזה התחוללו תהליכים של היווצרות שרשראות הרים גדולות ממדים. ההתנגשויות הטקטוניות בין אפריקה ואירופה ובין הודו ואסיה, שגרמו לחיסולו של הטתיס, הביאו להיווצרות שרשרת ההרים האלפינית שכיוונה הכללי הוא ממערב למזרח. שרשרת רכסים זו כוללת את הרי האלפים והקרפטים במרכז אירופה, את הרי הטאורוס באסיה הקטנה והרי הזגרוס באירן, ואת רכס הרי ההימליה בין הודו ומרכז אסיה. במקום אזור ימי הקולט את חום השמש ומעבירו לכיוון הקטבים, נוצרה שרשרת הרים גבוהה, שבנתה חיץ גאוגרפי ואקלימי בין האזורים הקרים שמצפון לה לאזורים החמים שמדרום. כאשר כוסו ראשי ההרים בשרשרת האלפינית בקרחונים, חלה הפחתה משמעותית בשיעור קרינת השמש הנקלט על פני כדור הארץ.

מערכת רכסי הרים נוספת שברובה התפתחה אף היא בעידן החדש, אם כי בתהליכים שאינם תלויים באלו של התנגשות אפריקה והודו באירואסיה, היא שרשרת ההרים המצויה בחלק המערבי של יבשות אמריקה, הרי האנדים בדרום והרי הסלע (Rocky Mountains) בצפון. הסיבה הבסיסית להיווצרות שרשרות הרים אלה בשוליו המזרחיים של האוקיאנוס השקט שנויה במחלוקת. כאמור לעיל, (פרקים ז', ח') הנחת יסוד בטקטוניקת הלוחות היא ששרשרת הרים נוצרת מהתנגשות של לוחות טקטוניים יבשתיים, ואילו במקרה זה של ההרים במערב יבשות אמריקה, מתנגש בהווה לוח האוקיאנוס השקט בלוחות יבשתיים שממזרח לו, ולאורך השולים האלה של דרום אמריקה ומרכזה מתקיימים אף תהליכי הפחתה. ההסבר המקובל להיווצרות שרשרת ההרים במזרח האוקיאנוס השקט הוא שיבשות שנמצאו בשוליו המזרחיים של האוקיאנוס השקט, התנגשו באמריקה הצפונית והדרומית עד אשר נבלעו כולן בתוך שרשרת ההרים שהתפתחה עקב התנגשות טקטונית זו. רק לאחר שהסתיימו התהליכים הטקטוניים של ההתנגשות היבשתית, החלו תהליכי ההפחתה של הקרום הימי הפאציפי אל מתחת הקרום היבשתי האמריקני. תהליכי בניית שרשרת ההרים בשוליו המזרחיים של האוקיאנוס השקט, הם שהביאו לסגירת מצרי הים שהיו קיימים בין דרום אמריקה ומרכזה עד לפני כשישה מיליון שנה. לכן מעבר של זרמי ים חמים בין האזורים המשוונים של האוקיאנוס האטלנטי והאוקיאנוס השקט דרך מצרי פנמה פחת מאוד, עד אשר נפסק לחלוטין לפני כשני מיליון שנה.

האקלים הנוח ששרר בעידן התיכון הביא לגיוון רב מאוד באוכלוסיית כדור הארץ, ולהיווצרות של משפחות וסדרות חדשות של בעלי חיים. כך הופיעו היונקים הראשוניים, דגי הגרם והעופות לפני כ-200 מיליון שנה, קבוצות בעלי חיים שלא תפסו מקום נכבד באוכלוסיית העידן התיכון, אולם הצליחו לשרוד גם במשך התקופה הארוכה שבה התמחו יצורים רבים בפיתוח שיטות ייחודיות להתקיים, וגם בזמן המשבר הסביבתי שחל לפני 66 מיליון שנה. היונקים, הדגים והעופות עברו את המשבר הסביבתי בהצלחה, ולאחר חלוף המשבר, כאשר האקלים החל להשתפר בתחילת העידן החדש, הם מילאו גומחות סביבתיות רבות שאוכלוסייתן הקודמת הוכחדה. היונקים גם פיתחו מינים חדשים בתקופות של אקלים נוח יחסית במשך העידן החדש, מינים שהצליחו להתגבר על המשברים הסביבתיים. כך, בתקופה הנוחה שחלה לפני כ-50 מיליון שנה הופיעו ראשוני הסוסים והמכרסמים, ובתקופה האקלימית החמה שחלה לפני כ-20 מיליון שנה, הופיעו ההומינידים המוקדמים, אלה המבשרים את התפתחות האדם. אם נתייחס למספר המינים הביולוגיים במשפחה טקסונומית כמדד להצלחה בהתמודדות של תהליכי הברירה הטבעית בתנאי אקלים נוחים וקשים גם יחד, אין היונקים מתקרבים להישגיהם של החרקים, למשל. גם בין היונקים אין השרידות אחידה, ורק משפחות ספורות הצליחו לפתח מינים רבים, כמו המכרסמים, שבהם ניתן למנות יותר מ-1,500 מינים בהווה. משפחות אחרות של יונקים לא הצטיינו אמנם במגוון המינים, אך ללא ספק ניתן למצוא מינים אחדים שהגיעו להישגים מרשימים לאחר כל המשברים הסביבתיים של העידן החדש. האקלים בעידן החדש מצטיין, אם כן, באי יציבותו.

תקופות קרח ברביעון

הצמצום האחרון במערכת הזרמים המשווניים התרחש לפני כ-2 – 3 מיליון שנה, כאשר התרומם רכס ההרים באזור החיבור בין דרום אמריקה ומרכזה וניתק סופית את האוקיאנוס השקט מהאוקיאנוס האטלנטי. מאז אירוע טקטוני ואוקיאנוגרפי זה פקדו תקופות מחזוריות של אקלים קר את כדור הארץ, תקופות שבהן התפשטו קרחונים נרחבים באזורים שהיום אקלימם ממוזג, בעיקר בחצי הכדור הצפוני. קרחונים כיסו את חלקה הצפוני של אמריקה הצפונית עד מעבר לאזור האגמים הגדולים. חלקים נרחבים במרכז אירופה ובמרכז אסיה היו אף הם מכוסים בשכבות עבות של קרחונים, שנפוצו גם על ראשי ההרים. הקרחון מוגדר כאזור של קרח שאיננו נמס בקיץ, אלא השלג החורפי הופך לקרח המצטבר ומגדיל את נפח הקרחון מדי שנה. אם הקרחון נמצא במדרון הר, תיתכן גלישתו למטה אל העמק. תוך כדי תהליך הגלישה, שוחק הקרח שבבסיס הקרחון את הסלע שהוא מחליק עליו, ושברי הסלע נכלאים בקרחון. כאשר האקלים משתנה, הקרחון מפשיר, והסחף הקרחוני מצטבר בערמות של סדימנט בלתי ממוין, הנקראות "מורנות" (moraines).

באזורי האלפים מוכרות היטב מורנות הרחוקות היום מכל קרחון, ובמשך שנים רבות רווחה ההנחה כי ערמות הסחף האלה הן תוצאותיו של המבול התנ"כי. חוקרי הטבע בני המאות ה-17 וה-18 ראו במורנות האלפיניות הוכחה ניצחת לפעילות המבול לא רק בהרי אררט, אלא בלב לבה של אירופה, ולמהימנות כתבי הקודש כמקור נתונים בתחומי מדעי הטבע. אולם תצפיות מדעיות סדורות הטילו ספק בקשר שבין המורינות והמבול, ובשנת 1840 הציע חוקר הטבע השוויצרי לואי אגסי (Agassiz, 1807 – 1873) כי קרחונים התקיימו באירופה בעבר הקרוב, במקומות שמצויים בהם עמקים פוריים בהווה. אגסי לא הצליח להסביר כיצד התרחשו שינויים אקלימיים בקצב כה מהיר, ומהו המנגנון הגאופיזי המסוגל לאפשר קיומם של שינויי אקלים כה תכופים. במשך כ-80 שנה היוו הקרחונים נושא למחלוקת מדעית נסערת, ותהליכי התהוות הקרחונים והיעלמותם היו לוטים בערפל.

ההסבר לבעיית הקרחונים בסוף העידן החדש, המקובל כיום על הקהילייה הגאולוגית, הוצע על ידי ג'יימס קרול (Croll) מגלאזגו, אחת הדמויות המרתקות בין המדענים וחוקרי הטבע. קרול היה חובב טבע סקוטי ששלח ידו במספר מלאכות ונכשל בכולן. ניסיונותיו להיות נגר, מלונאי ובעל מסבאה עלו בתוהו, ובהיותו בגיל העמידה נאלץ קרול לעבוד למחייתו כשרת באוניברסיטת גלאזגו. כיוון שהיה סקרן ואוהב ספר, ישב קרול בזמנו הפנוי בספריית האוניברסיטה וניסה לפתור את תעלומת הקרחונים. בשנת 1864 הוא פרסם מאמר שבו הציע כי השינויים האקלימיים התרחשו עקב שינויים מחזוריים בכמות קרינת השמש המגיעה אל כדור הארץ כתוצאה מהנקיפה (precesion) של ציר סיבוב הארץ. מאמר זה פתח כיוון מחקר רב עניין בהיסטוריה של האקלים, ובעקבותיו החליטו ראשי האוניברסיטה לשנות את מעמדו של קרול וקידמו אותו מתפקיד של שרָת לפרופסור. בהמשך לרעיון עקרוני זה, חישב המתימטיקאי היוגוסלבי מילוטין מילנקוביץ' (Milankovitch) בשנת 1920 את ההשתנות בכמות קרינת השמש המגיעה אל כדור הארץ בתלות במעלת הרוחב ובזווית שבין ציר הסיבוב העצמי של הארץ לבין מישור סיבוב הארץ סביב השמש. בשנת 1938 הציע מילנקוביץ' כי שינויי האקלים בתקופת 500,000 השנים האחרונות התרחשו כתוצאה משינויים בכמות קרינת השמש שהגיעה אל האזורים הקוטביים בעונת הקיץ. השינויים האלה בכמות הקרינה נבעו ממחזוריות בנטיית ציר סיבוב כדור הארץ בקצב של 41,000 שנה, תוך שילוב עם שינויים בזווית זו הנובעים ממחזורי הנקיפה, הנמשכים 22,000 שנה. בשנת 1972 חישב הגאופיזיקאי מארה"ב אננדו ורנקר (Vernekar) מחזוריות בעלת קצב של 100,000 שנה בגאומטריה של מסלול סיבוב הארץ סביב השמש המשנה את שיעור האליפטיות שלו, ונעשה עגול יותר או אליפטי יותר לסרוגין. שינויים מחזוריים אלה במסלול הארץ, גם הם תרמו לשינוי בכמות קרינת השמש המגיעה לכדור הארץ.

הסיבות לתקופות הקרח שפקדו את כדור הארץ בשני מיליון השנים האחרונות נעוצות בראש ובראשונה במיקום הגאוגרפי של היבשות והאוקיאנוסים, שגרם להגבלת הזרימה הימית המשוונית מצד אחד ולהגברת הזרימה הסביב-אנטארקטית מצד אחר. האקלים איננו יציב במערך כזה של ימים ויבשות, ולכן שינויים לא גדולים בכמות קרינת השמש המגיעה לכדור הארץ עשויים לגרום לשינויים משמעותיים ביותר באקלים. בתנאים גאוגרפיים כאלה הגורם העיקרי בהתפתחות תקופות של אקלים קר הוא ההשתנות המחזורית בזווית נטיית ציר הסיבוב של כדור הארץ ביחס למישור הסיבוב סביב השמש, בקצב של 41,000 שנה. בהווה שיעור נטיית ציר הסיבוב הוא 23.5°, וההשתנות המחזורית של שיעור הנטייה היא בעלת משמעות אקלימית בתקופת הרביעון, התקופה הגאולוגית הנוכחית. כאשר מחזורים אלה של השינויים בנטיית כדור הארץ משתלבים עם מחזורי הנקיפה, שקצבם, כאמור לעיל, הוא 22,000 שנה, ועם השינויים המחזוריים בשיעור האליפטיות של מסלול הסיבוב, שקצב השתנותם הוא 100,000 שנה, כי אז פוקדת את הארץ תקופת קרחונים יוצאת דופן. תקופת הקרחונים האחרונה בכדור הארץ גרמה ששטחים ניכרים באירופה, אסיה ואמריקה הצפונית כוסו בקרחונים. ההתפשטות הנרחבת של הקרחונים הביאה להפחתה בכמות מי-הים, ורוב שטחי מדפי היבשת התייבשו ונחשפו. צמצום שטח פני הים הביא להתקררות נוספת שהגדילה את כמות הקרחונים וחוזר חלילה. התקררות האקלים לפני כ-25,000 שנה, ששילבה את כל הגורמים המחזוריים המשפיעים על כמות קרינת השמש המגיעה אל פני כדור הארץ, גרמה לירידה של כ-120 מ' במפלס הים.

במשך 1.8 מיליון השנים האחרונות פקדו את כדור הארץ 5 תקופות קרח גדולות שגרמו לשינויים משמעותיים ביותר בנפיצותם של צמחים ובעלי חיים בים וביבשה. בתקופת הקרח האחרונה למשל, שהחלה לפני כ-75,000 שנה בלבד, ירדו פני האוקיאנוסים, כאמור לעיל, בכ-120 מטרים. אמנם הטמפרטורה הממוצעת של פני כדור הארץ ירדה בכ-4°C בלבד, אך באזורי האקלים הממוזג ירדה הטמפרטורה בכ-25°C. כל מדפי היבשת בהווה היו חשופים לאטמוספירה, והיוו חלק משפלות החוף עוד לפני כ-15,000 שנה. תקופת קרח זו, כמו קודמותיה בהיסטוריה הטבעית של כדור הארץ, הייתה תקופה של משבר סביבתי, ובעלי חיים כמו הממוטות או נמרי-שיני-החרב (sabre-tooth-tiger) לא הצליחו לשרוד בתקופה אקלימית קשה זו. עם זאת יש מקום להניח כי סיבה חשובה בעלייה בגודלו של הסוס, למשל, מגובה של כ-50 ס"מ לפני כ-15 מיליון שנה ועד לגובה של כשני מטרים בהווה נעוצה במשברים הסביבתיים שעברו על הסוסים, והם שרדו בהם במשך התקופה רבת האירועים הסביבתיים של 15 מיליון השנים האחרונות. עדות לקשיים של הסוסים לשרוד בפרק הזמן רב-התהפוכות של 15 מיליון השנים האחרונות, מאז זמן המיוקן התיכון, ניתן למצוא במיעוט של המינים הקשורים אל הסוס בהווה – כמו החמור, הפוני או הזברה – לעומת יותר מ-1,500 מיני המכרסמים הקיימים. מסקנות דומות ניתן להסיק גם לגבי האדם והמינים הקרובים אליו.

עם תום תקופת הקרח האחרונה, לפני כ-11,000 שנה, החלו הקרחונים להינמס בקצב מהיר, ורום מפלס פני הים עלה במשך כ-5,000 שנה ביותר מ-100 מטרים. עליית מפלס הים גרמה לצמצום שטחי שפלות החוף בעולם, והארכיאולוג אברהם רונן מציע כי צמצום שטחי המחייה שהביא למחסור במזון מלוקט הוא שכפה על האדם הניאוליתי לפנות לחקלאות. שינויי האקלים לא הסתיימו עם תום תקופת הקרח האחרונה לפני כ-11,000 שנה, ואפילו לא תמו עם התייצבות מפלס הים ברומו הנוכחי לפני כ-6,000 שנה. גם בתקופות היסטוריות חלו שינויים אקלימיים מתונים שהיו כרוכים בהתחממות או בהתקררות, והיו מלווים בשינויים במפלס הים. הארכיאולוג אבנר רבן מצא עדויות באזור נמל קיסריה כי מפלס הים בשלהי התקופה הביזנטית, במאות השישית והשביעית לסה"נ, היה גבוה במטר אחד בקירוב מהמפלס הנוכחי, ואילו בתקופה הצלבנית, במאות ה-12 וה-13, היה המפלס נמוך במטר אחד בערך מהמפלס של ימינו. מאחר ששינוי במפלס הים הוא תופעה גלובלית, ניתן לשער כי עליית מפלס פני הים במאות השישית והשביעית קשורה בהתחממות אקלימית, ואילו ירידת המפלס במאה ה-12 היא תוצאה של התקררות. לכן הציע הגאולוג אריה איסר כי יש מקום להניח ולהעריך כי ייתכן שיש הֶקשר היסטורי כלשהו בין ההתחממות האקלימית, שאפשר שגרמה לעלייה בטמפרטורות ולירידה בכמויות הגשמים במדבריות חצי האי ערב, לבין התפרצותו של האיסלם הקדום מהמדבר אל אזורים גשומים יותר. כמו כן, ייתכן שההתקררות האקלימית באירופה של ימי הביניים הייתה כרוכה בהפחתה במספר ימי השמש בקיץ, ולכן בהפחתת פוריות התנובות החקלאיות. לפיכך התקררות אקלימית הייתה יכולה להוות תמריץ נוסף לאבירים ולפשוטי העם גם יחד לעזוב את ארצותיהם באירופה הקרה, הטחובה וחסרת השמש, ולצאת לאזור האקלימי החם, הפורה ורב האור של ארץ הקודש.

הקרחונים המאפיינים את היבשות הממוקמות באזורי הקטבים של כדור הארץ, באנטארקטיקה בדרום ובגרינלנד בצפון, אינם תופעה קבועה בכדור הארץ. אם נבחן את התכונות הגאולוגיות של הסלעים שהצטברו במשך 1,000 מיליון השנים האחרונות, ניווכח כי רק במשך שלוש תקופות כוסו אזורי הקטבים בקרחונים. לפני 950 – 570 מיליון שנה פקדה את כדור הארץ תקופת קרח ממושכת שאחריה הופיעו יצורים בעלי קונכיות באוקיאנוסים. תקופת קרח שנייה אירעה בשלהי העידן הקדום לפני כ-280 – 245 מיליון שנה, ואחריה החלה תקופת שגשוגם של הזוחלים הגדולים בכדור הארץ. התקופה הקרה הקצרה שפקדה את כדור הארץ בתום העידן התיכון איננה, כנראה, חלק מתקופת הקרח השלישית, שהחלה לפני כ-45 מיליון שנה ונמשכת עד ההווה.