עמוד הבית > מדעי כדור-הארץ והיקום > גיאולוגיה > מבנה כדור-הארץ > הרי געש
ישראל. משרד הבטחון. ההוצאה לאור


תקציר
המאמר עוסק בהתפרצויות של הרי-הגעש. מהו מקור הלבה? מה הם המרכיבים של החומרים המועפים בהתפוצצות? כיצד נוצר הלוע? והיכן נמצאים הרי געש פעילים?



לבה ותוצריה
מחבר: פרופ' עמנואל מזור


וולקנולוגיה

עם התצפיות הגיאולוגיות המרתקות ביותר, אשר תוארו על-ידי הקדמונים, נמנות ההתפרצויות של הרי-הגעש. האטנה, אשר בסיציליה, התפרץ פעמים אין-ספור. כל אחת מהתפרצויותיו איימה על הכפרים שבמורדותיו, על התושבים, שדותיהם וכרמיהם. מן ההר זרם תדיר חומר צמיג וחם, לוהט בלילה ומעלה אדים ביום. וכאשר התקרר חומר זה, הפך לסלע הבזלת. זרמי החומר שטפו כפרים ודרכים, וכך הוטבע בו השם לבה מלשון Lavo (לשטוף, בלטינית ובאיטלקית).

באיים האיאוליים, שבין סיציליה לאיטליה, מצוי הר-געש, שהיה פעיל במיוחד בימי הרומאים. הדי התפוצצויותיו נשמעו בכל האיים שמסביב, ועמודי "האש" נראו מאוניות במרחבי הים התיכון. הרומאים האמינו שבמעמקי הר זה מצויה הסדנה של אל האש וולקן, החרש אשר חישל את כלי-הנשק של האלים ובני האלים. ההר נקרא וולקנו, וברבות הימים הפך לשם נרדף לכל הר-געש באשר הוא, וענף המדע העוסק בהרי-געש ותוצריהם נקרא וולקנולוגיה. תיאוריית-העבודה של הקדמונים, שגרסה כי במעמקי ההר מצויה הסדנה של אל האש, הוחלפה בינתיים בתיאוריות חדשות, אך ביקור באי וולקנו מאלף גם בימינו, שכן ניתן לצפות בו בשפע של תופעות ותהליכים הקשורים בפעילות געשית.

תצפית: זרמי הלבה לוהטים ונמדדו בהם טמפרטורות המגיעות עד C°1200. יש בכך משום הוכחה נוספת שפנים כדור-הארץ חם מפניו. באיזה עומק מצויה טמפרטורה כה גבוהה של C°1200? כדי לחשב זאת ניזכר בתצפית מן הפרק הקודם: הטמפרטורה עולה ככל שמעמיקים במיכרה או בקידוח בשיעור ממוצע של C°30 לכל קילומטר העמקה. אם כך, טמפרטורה של C°1200 תשרור בעומק של כ-40 ק"מ. תוצאה זו היא מינימלית, שכן מתברר, כי בפועל מפל החום קטן עם העומק והינו פחות מ-C°30 לקילומטר. טמפרטורות של C°1200 שוררות למעשה בעומק כפול מזה שחישבנו בדרכנו הפשטנית.

אם כך, מקור הלבה הוא בחומר מותך בעומק של עשרות קילומטרים מתחת לפני השטח. בנושא זה נדון ביתר פירוט בפרק הבא.

היש "חגורת", או ליתר דיוק "קליפת", לבה בעומק כזה? התשובה מתקבלת מפענוח הסייסמוגרמות - הרישומים של רעידות-האדמה. כזכור, כדור-הארץ מזדעזע ברעידות-אדמה, בהתפרצויות הרי-געש או בפיצוצים מלאכותיים. הרעידות נרשמות במכשירים וניתן להבחין ברישום בסוגים שונים של רעידות, או של גלים, העוברים בחומר. סוג גלים אחד - גלי לחץ, או גלי P כפי שמקובל לכנותם, עובר בחומר מוצק ובחומר נוזל גם יחד. לעומת זאת, גלי גזירה, או גלי S, עוברים במוצק בלבד ונבלעים בנוזל. מדידת רעידות-אדמה במכשירים, אשר פוזרו בנקודות שונות על פני כדור-הארץ, העלתה, כי בעומק של עשרות ואף מאות קילומטרים מצוי חומר המתנהג כמוצק, שכן גם גלי S עוברים בו. לעומת זאת הובחן, שמתחת להרי-געש מצוי חומר נוזלי בעומקים קטנים - קילומטרים ספורים. מכך מסיקים, שהחומר החם והמותך, העולה לפני השטח בצורת לבה, מצוי בעומקים שונים בתוך "כיסים". החומר עולה בכיסים אלה לעתים לכיסי משנה רדודים יותר, ומהם מתפרץ החומר המזין את הרי-הגעש.

מוצרים של הרי-געש

תצפית: לבה מתקררת והופכת לסלעים, אשר הנציג הנפוץ ביותר שלהם הוא סלע הבזלת. תצפית נוספת: בזלת נוצרת אך ורק מהתקררות לבה, ואין תהליך גיאולוגי מסוג אחר היוצר בזלת. מכאן נובעת מסקנה שימושית: כל אימת שפוגשים בשבר בזלת באתרה (במקום היווצרותה), היא משמשת עדות לפעילות געשית שהתחוללה במקום. בעזרת כלל פשוט זה יכול כל אחד מאתנו להיות וולקנולוג מעשי. אם בקרני-חיטין תמצא שכבות של בזלת - תדע שלבה התפרצה במקום. אם בגולן שכיחה הבזלת - משמע שהרי-געש פעלו באיזור זה, ואם לרמון תפנה, וגם שם תמצא בזלת, תוכל להסיק כי בזמנו הייתה שם פעילות געשית.

חזרנו לשיטתנו: מראה עיניים (סלעי הבזלת), תצפית (נוצרים רק בפעילות געשית) ומסקנה (הרי-געש היו פעילים בקרני-חיטין, בגולן וברמון). הבה נמשיך קו מחשבה זה בשאלות. למשל, מתי אירעה הפעילות הגעשית בכל אחד מהמקומות הללו? ושמא היה שלב וולקני אחר בארץ כולה? התשובה לכך ניתנת בקביעת גיל סלע הבזלת בכל אחד מהמקומות הללו, ולנושא זה נייחד את הדיון-בפרק י'. לפי שעה נדלג על השיטות המשמשות לקביעת גיל הסלעים ונמסור את המסקנות: גיל סלעי הבזלת ברמון הוא כ-100 מיליון שנה, ואילו הבזלת בקרני-חיטין ובגולן צעירה יחסית - בתחום של מיליון שנה עד עשרות אלפי שנים לפני זמננו. היו אפוא לפחות שני שלבים חשובים בפעילות הוולקנית בארץ. סלעים וולקניים מצויים במקומות נוספים בארצנו, ומקביעת גיליהם מסתבר, שהיו עשרות שלבים וולקניים כאלה בתקופות גיאולוגיות שונות.

תצפית בהרי-געש הפעילים כיום מראה כי חומר נזרק מהר-געש לאוויר ונוחת מסביב. חומר זה כולל חתיכות סלעים שונים, אבק, טיפות של לבה המתקשות תוך כדי מעוף וגבישי מינרלים. נתבונן נא במרכיבים אלו ביתר פירוט.

חתיכות הסלעים השונות כוללות, בהתאם למקום, סלעים וולקניים, סלעי יסוד, סלעי משקע ואף סלעים מותמרים. מיגוון זה איננו מקרי - שברי הסלע תואמים בכל מקרה את הסלעים השונים ואת איזור הפעילות הגעשית. מתצפית זו הסיקו, שמדובר בשברי סלע אשר נקרעו על-ידי הגזים הוולקניים והלבה במהלך התפרצותם דרך שכבות סלעי הכיסוי. ואכן, שברי סלע כאלו שכיחים בוולקנים צעירים, ואילו במבוגרים שבהם כבר פולס הנתיב להתפרצות ובחומר הנפלט אין עוד מרכיב של שברים מסלעי הכיסוי. לפנינו למעשה מכשיר גיאולוגי מעניין: הסתכלות בחומר, אשר נזרק מהר-געש קדום, משמש מעין פריסקופ לקביעת הרכב הסלעים מתחת לפני השטח באיזור ההתפרצות הגעשית. בהמשך הדברים נפגוש מקרה מיוחד במינו, שבו העלתה פעילות געשית אל פני השטח סלעים מעומק של מאה קילומטר!

האבק המצוי בחומר הנזרק בהרי-הגעש מורכב משחק של סלעים שנטחנו בעת ההתפרצות. במרבית המקרים מדובר בשחק של סלע הבזלת המעניק לאבק צבע שחור. משום כך דבק באבק הוולקני הכינוי "אפר".

טיפות הלבה ניכרות בתצלומי צבע של הרי-הגעש המתפרצים בלילה - הן מופיעות כנקודות לוהטות. בחומר המפוזר סביב הרי-געש ניתן להבחין בסלעים בעלי צורה מוארכת, על-פי-רוב עם שני "זנבות" - עדות ללבה אשר עפה כטיפה ושמרה על צורתה גם לאחר הנחיתה על הקרקע. גודל טיפות מאובנות כאלו נע מסנטימטרים ועד למעלה ממטר. מציאות טיפות בזלת כאלו מהווה עדות לכך, שהחומר שהתפרץ כלל גם לבה נוזלית ולא רק גזים, שברים ושחק של סלעים.

גבישי המינרלים שכיחים כמעט בכל טוף געשי, אך יש לחפש אחריהם, שכן הם קטנים - ממילימטר עד סנטימטר. הגבישים ניכרים בצורה הגיאומטרית החיצונית שלהם. גבישים אלו נוצרו בלבה לפני שהועפה בהתפוצצות הגעשית, והם שמרו על צורתם המיוחדת. מינרלים שונים מתגבשים בטמפרטורות שונות, וכך מצביעים גבישי המינרלים המועפים מהרי-הגעש על הטמפרטורה שהייתה ללבה במעמקים.

וכיצד נקרא מיכלול החומרים המועפים בהתפוצצות הרי-געש? נזכור בהקשר זה שני מונחים. חומר פירוקלסטי, שהוא כלל החומר הנזרק מהר-געש. חומר זה מאופיין בכך שאיננו ממוין והוא מכיל שברי סלע, אבק, טיפות לבה שהתמצקו וגבישי מינרלים גם יחד. במלים אחרות, החומר הפירוקלסטי מכיל מרכיבים בגדלים שונים, ממטרים עד לחלקי המילימטר.

טוף הוא חומר פירוקלסטי דק יחסית - גודל גרגריו הוא מסנטימטר ומטה. פומפיי והרקולנום כוסו בטוף שהועף מן הווזוב. טוף מצוי בגולן, בקרני-חיטין וברמון סמוך לסלעי בזלת. בזלת עשויה לזרום למרחקים ניכרים ואילו טוף נוחת, בדרך כלל, בסמוך למקום ההתפרצות. מציאות מחשופים עבים של טוף במקומות אלה מעידה לפיכך על סמיכות להר-הגעש.

לועות געשיים

תצפית: הרי-געש הפעילים כיום מאופיינים לעתים קרובות במבנה של גבעה חרוטית ובראשה עמק, הנקרא לוע. זוהי התמונה הקלאסית של הר-געש. החרוט נבנה מן החומר היוצא מהר-הגעש. אם החומר שנפלט הוא בעיקרו נוזלי - לבה - יהיה החרוט נמוך יחסית. אך אם מועף לאוויר חומר פירוקלסטי מוצק הנוחת במקום - יהיה החרוט במרבית המקרים תלול. גובה חרוט געשי "מכובד" מגיע למאות מטרים מעל לסביבתו.

כיצד נוצר הלוע? שני מנגנונים פועלים להיווצרות לוע געשי: בהרי-געש מן הטיפוס שהתפרצויותיו הן בצורת התפוצצות "מתנקה" הלוע בכל התפרצות באמצעות החומר החדש הנזרק ממנו. הלוע הוא קצה צינור ההזנה. בהרי-געש מן הטיפוס הפולט בעיקר לבה נוזלית שוקעת השארית עם גמר ההתפרצות, וכך נוצר הלוע. (נסה זאת בשפורפרת של משחת שיניים: הרפה מן הלחץ והמשחה תחזור, לעתים, פנימה ובפתח יווצר "לוע".)

סממנים אלו - חרוט ולוע - נשמרו בהרי-געש שונים שהיו פעילים בעבר הגיאולוגי בארץ. דוגמאות: הר פרס, הר אביטל, הר בנטל ותלים נוספים בגולן, קרני-חיטין בגליל וכן גבעת געש במזרח מכתש רמון שבנגב. בריכת רם הינה לוע של פעילות וולקנית, אלא שהחרוט שלו אינו בולט בנוף.

תצפית: הלוע בהרי-געש הוא לעתים גדול ביחס לקוטר הר-הגעש עצמו. במקרים קיצוניים יש לועות בהיקף של קילומטרים רבים. תופעה זו עוררה את סקרנות הגיאולוגים, ובתצפיות נוספות התברר, שבמקרים אלו הלוע מוקף בהעתקים ובגלישות של החומר הבונה את דופן הלוע. כמסקנה נבנתה תיאוריית-העבודה הבאה: בהתפרצות של הר-געש קיימת העברת חומר מכיס הלבה שמתחת לפני השטח להר-הגעש ההולך ונבנה על פני השטח. כלומר, הלחץ בתוך תא הלבה הולך ופוחת ואילו משקל הסלעים הנערמים ממעל הולך וגדל. על כן קורה לעתים שהר-הגעש קורס תחתיו ומתמוטט לתוך כיס הלבה שלו. התוצאה היא הגדלה ניכרת של הלוע והתהוות סימני העתקה וגלישה בדפנות החדשים. ללוע שמקורו בהתמוטטות כזו קוראים קלדרה. נחזור לבריכת רם אשר בגולן: בשוליה ניכרים סימני העתקה וגלישות, ולאחרונה הוצע להגדירה כלוע מסוג הקלדרה ולא עוד כלוע רגיל של התפוצצות.

נופים של שפכי לבה

הרי-געש פעילים הם אתרי תיירות מבוקשים. בביקורך הבא באתר כזה צפה במבנה הסלעים אשר נוצרו מזרמי הלבה. ראשית, ניתן להבחין שהלבה זורמת בערוצים בנוף וממלאת אותם. רק בהגיעה לנוף שטוח היא מתפשטת בזרם רחב-ידיים היוצר שכבות בזלת הנערמות זו על גבי זו. בפני הזרם הקפוא נוצר שפע של צורות דמיוניות: מערות ומחילות קטנות, מקלעות בדגמי חבלים או צמות ועוד. המבנים הללו דומים לקפלים הנוצרים בקרום החלב (כשעדיין נהגו להרתיחו...). ואכן, גם בלבה נוצר קרום דקיק, שהתקרש עקב התקררות, בעוד הזרם שמתחת גורף את הקרום ומקמט ומקפל אותו תוך יצירת צורות מגוונות.

בריכת המשושים בגולן ידועה בעמודוני הבזלת הנחשפים בה. גובהם של העמודונים הללו הוא מעשרות סנטימטרים עד שני סנטימטרים ולהם פאות ישרות כשל מינסרה (פריזמה). מספר הפאות הוא מ-3 ועד ל-8. התופעה מוכרת ממקומות שונים בגולן. עמודוני בזלת שכיחים גם במכתש רמון, והגבוהים שבהם מתנשאים לגובה 4 מטרים. כיצד נוצרים העמודונים? על-ידי סידוק שהתהווה בעת התקררות הלבה לבזלת. החומר המתקרר מתכווץ ומתהווים בו סדקים זעירים. מי גשם ושאר גורמי הבלייה מרחיבים סדקים אלו בהדרגה. במרבית המקרים הסידוק הוא רב-כיווני ויוצר גושים אקראיים, ורק במקרים מיוחדים יש סדר בסידוק, המתבטא ביצירת המינסרות ישרות-הפאות. במשאל, אשר נערך בקרב וולקנולוגים, הוברר, כי אין רואים עמודונים יפים בזרמי לבה הנוצרים בהרי-געש הפעילים כיום. אחת הסיבות לכך היא, אולי, שהסדקים המקוריים זעירים מכדי שיבחינו בהם. ואולי ההרחבה באמצעות גורמי הבלייה והסחיפה היא איטית ועל כן ניכרת רק בזרמים עתיקים.

הרי-געש שפלטו יהלומים

כותרת זו תמוהה בוודאי, אך יש תצפיות המעידות שהיא נכונה. האדם חיפש יהלומים מאז ימי קדם, ובדורות שחלפו פרצו בארצות שונות "בהלות ליהלומים". אלפי אנשים נהרו למקומות שכוחי-אל, אשר על-פי השמועה נמצאו בהם יהלומים. בהלה כזו הביאה לפעילות מוגברת של חיפוש יהלומים בקימברלי אשר בדרום אפריקה. מקור היהלומים שם היה ב"סלע צהוב", אשר עם גריסתו וניפויו אכן נמצאו בו יהלומים. עשרות מחפשי יהלומים חפרו בשטח צר והחפירה הלכה והעמיקה. לימים הוכנסו לשימוש ציוד מכני והחפירה הועמקה. התברר, שמדובר ב"צינור" של חומר וולקני בהרכב מיוחד: רסק של סלעים בגדלים שונים, שחק סלעים וגבישים שלמים - גבישי יהלומים. התיאור מזכיר בוודאי לקורא את החומר הפירוקלסטי המועף מהרי-געש. לעומת זאת, היו בקימברלי מספר תופעות השונות מאלה שבהר-געש רגיל: לא היו שם חרוט ולוע, אלא "כתם" עגול בפני השטח, ומן החפירה התברר שהוא נמשך כלפי מטה. המכרה נעזב מפני שחדרו אליו מי-תהום ושאיבתם הפכה ליקרה מדי. אף-על-פי-כן הגיעו החופרים לעומק 400 מטר, וקוטר המכרה היה 500 מטר. רסק הסלעים כלל סלעים שאינם מוכרים מפני השטח ואליהם נילוו היהלומים. נשוב לנושא בפרק י"א, העוסק ב"לחם מן הסלע".

מציאות היהלומים נותנת רמז ראשון למהות החומר הפירוקלסטי בקימברלי, שכן יהלומים נוצרים בלחצים ובטמפרטורות השוררים בעומק 110 עד 150 ק"מ. מכאן, שהחומר עלה מעומק כזה. אפשר לשחזר את מנגנון החדירה של הסלע הקימברליטי אל בין סלעי הסביבה: לחץ עצום של חומרים נדיפים, היינו גזים, המתפרצים במהירות הסילון וחודרים כהרף עין אל תור סלעי הכיסוי, תוך שהם נושאים עמם סלעים ושחק סלעים הנקרים בדרכם. המקור העמוק גם מסביר, מדוע שונות חתיכות הסלע הקימברליטי מן הסלעים המוכרים לנו בפני הארץ: אלה הם סלעים מן החלק העליון של המעטפת שהיא, כזכור, הקליפה שמתחת לקרום כדור-הארץ (פרק ג').

קימברלי הפכה למושג-אב בתופעה של צינורות וולקניים עמוקים. כיום מוכרים בעולם מאות "צינורות קימברליטיים", חלקם נושאי יהלומים.

אזורי פעילות מועדפים

תצפית: הרי-געש הפעילים כיום שכיחים במיוחד בשולי האוקיאנוס השקט. הם מכונים בשם "חגורת האש". הרי-געש פעילים שכיחים בהרי האנדים, בהרי הרוקיס שבאמריקה הצפונית וביפן. המשותף לרשימה זו של ארצות הוא מיקומן בשולי האוקיאנוס השקט.

תצפית זו המתינה זמן רב לתיאוריית-עבודה סבירה, וזו נמצאה עם התבססותה של תיאוריית תזוזת הלוחות בקרום כדור-הארץ. נעסוק בה בפרק י"ב ("הרפסודות הגדולות ביותר") ונראה עד כמה חשובה "חגורת האש" להבנת הדינמיקה של פני כדור-הארץ.

כאמור, יש קשר הדוק בין רצועות הפעילות הגעשית העכשווית לבין תזוזת לוחות הקרום. נקדים את הדיון שבפרק י"ב ונציין, שנמצאה חוקיות נוספת: לחלק מהרי-הגעש "מוקד" רדוד ולחלקם מוקדים עמוקים מאוד. הראשונים פורצים במיפתח שבין שני לוחות המתרחקים זה מזה. והאחרונים נוצרים מהתכת לוח הנדחף עמוק מתחת ללוח שכן. מושגים אלה יידונו, כמובטח, בפרק י"ב.

הר-געש פעיל הוא מלא חיים - אולי אף יותר מדי לטעמם של המתגוררים לידו. מתי מת הר-געש? התצפית האנושית מראה, שהרי-געש פעילים תקופות מסוימות ואחר-כך הם נרגעים או נרדמים. חלקם נרדם רק למחצה: לבה וחומר פירוקלסטי אינם נפלטים, אך תימרות אדים וגז עולים ברציפות. לתימרות אלה קוראים פומרולות (מלשון "עשן", fumo בלטינית). הניסיון ההיסטורי מלמד, כי כל עוד יש פומרולות, ההר עשוי להתעורר ולפרוץ. והרי-געש שאין בהם פומרולות, האם הם "בטוחים"? התשובה היא כמותית למחצה: אם עברו אלפי שנים מאז ההתפרצות האחרונה, כי אז הניסיון מלמד שהם יציבים, ואם הם יציבים מעל מליון שנה, כי אז הם "מתים" לבטח.

האם יש סימני אזהרה לפני התפרצות הר-געש? התשובה חיובית: לפני התפרצות מופיעות פומרולות, או מתגברת פעילותן של פומרולות קיימות, מודגשות רעידות-אדמה מקומיות ולעתים פני השטח תופחים ועולים בעשרות סנטימטרים עד מספר מטרים. סימנים אלו מעידים על התפרצות קרובה, אך אין אפשרות לתחזית מדויקת, לא ברור אם ההר יתפרץ תוך שעה או תוך שנה.

ביבליוגרפיה:
כותר: לבה ותוצריה
שם  הספר: גיאולוגיה : עולם של תצפיות ומסקנות
מחבר: מזור, עמנואל (פרופ')
עורכת הספר: דרורי, צילה
תאריך: 1987
הוצאה לאור: ישראל. משרד הבטחון. ההוצאה לאור
הערות: 1.בראש השער: פרופ' עמנואל מזור. הקבוצה הגיאו-איזוטופית. מכון וייצמן למדע. רחובות.
2. ספריית "אוניברסיטה משודרת".
3. מהדורה שנייה - פברואר 1995.
4. עורכת הסדרה: תרצה יובל.
5. יועץ אקדמי: פרופ' חיים שקד.
הערות לפריט זה: 1. המאמר הוא פרק ד' בספר.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית