עמוד הבית > מדעי כדור-הארץ והיקום > גיאולוגיה > מבנה כדור-הארץ
אקדמון


תקציר
המאמר עוסק במנגנון הפנימי של כדור-הארץ. היווצרות הקרום והמעטפת, מקורות החום המספקים אנרגיה למנוע הטקטוני, זרמי העירבול המזיזים יבשות, והתיאוריות על ההתכווצות וההתפשטות.



כדור - הארץ והמנוע הטקטוני הפנימי
מחבר: פרופ' עקיבא פלכסר


מתערובת אחידה למבנה קליפתי

כדור-הארך נולד לפני 4.6 מיליארד שנה. הוא נוצר במערכת השמש, כשאר הפלאנטות, מהצטברות ודחיסה של ענני גז ואבק קוסמי. בפרק ב' הבאנו פרטים מעטים על מערכת השמש והקוסמוס ולא נחזור לדון בסוגיות אלה בפרק זה. כוחות הכבידה דוחסים את החומר של כדור-הארץ הראשוני ומקטינים את נפחו. האנרגיה של הכבידה הופכת לאנרגיה של חום. חלה התכה של החומר. הברזל המותך, שהוא כבד ביותר ונמצא בכמות רבה, מתחיל לשקוע פנימה ונוצר גלעין כדור-הארץ. האנרגיה המשתחררת יכולה להגיע ל-2,000 מעלות ולתרום להתכת חלקים גדולים של הכדור.

הנחת החוקרים היא, כי בגיל 0, כלומר לפני כ-4.6 מיליארד שנה, הייתה הטמפרטורה החיצונית כ-500 מעלות, ובעומק רב הגיעה לכ-5,000 מעלות (בממוצע הייתה טמפרטורת כדור-הארץ כ-1,000 מעלות). אולם תהליכי הקריסה ממשיכים לפעול, והאנרגיה של הכבידה ממשיכה להפוך לאנרגית חום. אחרי חצי מיליארד שנה עולה הטמפרטורה הממוצעת לסביבות 1,500 מעלות, ואחרי חצי מיליארד שנים נוספות - לסביבות 2,000 מעלות. תהליך ההתחממות גורם להתכה חלקית או מלאה, ליצירת זרמים בכדור-הארץ, להובלת חומר ולהתקררות בחלק החיצוני החשוף לאטמוספירה. כך נוצר קרום עליון חיצוני, הבנוי מחומרים קלים, יחסית, גלעין כבד הבנוי ברזל בעיקרו, וברווח שבין הגלעין לבין הקרום נשארת המעטפת, שאף היא אינה הומוגנית. הקרום, כידוע לנו, בנוי מגרניט (הקרום הקונטיננטלי-יבשתי), מבזלת (הקרום האוקיאני-ימי) ומסדימנטים הפזורים גם ביבשה וגם בים. המעטפת בנויה מפרידוטיט (peridotite) בחלקה העליון ומקומאטיטים (komatiite) עתירי ברזל בחלקה התחתון. פרידוטיט הוא שם כללי לסלעי המעטפת העליונה, סלעים אולטרה-בסיסיים, כלומר: בעלי כמות קטנה של סיליקה, שהם עתירי אוליבין ואורתו-פירוקסן. הקומאטיטים הם מגמות של טמפרטורה גבוהה, עתירות ברזל ומגנזיום ומצויות בחלק התחתון של המעטפת. סלעים קומאטיטים נפוצים בעיקר בפריקמבריום. גלעין כדור-הארץ בנוי בעיקרו, כאמור, ברזל וכן ניקל. תהליך זה של מעבר מתערובת הומוגנית ראשונית לכדור בעל מבנה קליפתי (קונצנטרי) מכונה בשם תהליך הדיפרנציאציה (differentiation) וזהו אולי התהליך החשוב ביותר בהיסטוריה של כדור-הארץ. תהליך הדיפרנציאציה יוצר מערכת הטרוגנית קליפתית בכדור וכמו כן משחרר גזים ואחראי ליצירת האטמוספירה והאוקיאנוסים. אין זה תהליך פיסיקלי בלבד הקשור בחום ובהתכה היוצרת זרמים, בהסעת חומר וביצירת קליפות, אלא זהו גם תהליך כימי של התקשרויות כימיות שונות בהתאם ל"חוקי המשיכה" והקירבה הכימית שבין היסודות.

בפרקים הקודמים למדנו על ההרכב הכימי של קרום כדור-הארץ ועל ההרכב הכימי של ה"קוסמוס". בלוח י"ז-1 מוצגת הדיפרנציאציה הכימית שהתרחשה בכדור-הארץ לגבי היסודות הנפוצים.

לוח י"ז-1. תהליך הדיפרנציאציה שהתרחש בכדור-הארץ.
שם
היסוד
ריכוז ממצוצע
בכל כדור-הארץ
ריכוז בקרום
כדור-הארץ בלבד
.

באחוזי משקל

ברזל
חמצן
צורן
מגנזיום
ניקל
גפרית
סידן
אלומיניום
35
30
15
13
2.4
1.9
1.1
1.1
5
46
28
2
0.01
0.05
3.6
8

הברזל הינו היסוד הנפוץ ביותר בכדור-הארץ, אולם רובו שקע פנימה למעטפת ובעיקר לגלעין, ובקרום נותר מעט ממנו. תהליך דומה חל גם על המגנזיום. החמצן והצורן, לעומת זאת, מתעשרים (יחסית לריכוזם בכדור) בקרום כדור-הארץ. ביסודות הקורט חלה דיפרנציאציה דומה. הניקל כבד ונקשר לברזל ולגפרית, השוקעים יחד פנימה ויוצרים סולפידים של ברזל וניקל. הסידן והאלומיניום נקשרים לסיליקטים וריכוזם בקרום גובר.

החמצן, שהינו היסוד השני בתפוצתו בכדור-הארץ כולו (באחוזים של המשקל), עולה בקרום למקום הראשון. החמצן יוצר קשרים כימיים חשובים עם הצורן ואז הוא "גורר" אותו עימו ומעלה אותו למקום השני בתפוצה בקרום. החמצן מתקשר היטב גם עם אלומיניום, סידן, נתרן ואשלגן ומצעיד גם אותם במעלה מידרג התפוצה. הברזל (בעיקר הברזל), המגנזיום, הניקל והגפרית, הנפוצים מאוד בכל הכדור, שוקעים מטה מפאת כובדם ומידלדלים בקרום. הברזל יורד משיעור 35% בכדור-הארץ כולו ל-5% בקרום. מקומם של הניקל והגפרית לא יכירם עוד בין שמונת היסודות "המיוחסים" העיקריים (major elements) של קרום הכדור.

האורניום הוא יסוד כבד ביותר, כידוע, כבד בהרבה מן הברזל. היינו מצפים ממנו שישקע יחד עם הברזל והניקל לגלעין, אולם קרוב לוודאי שלא כך אירע. ב"מאבק" על האורניום גברו הזיקה והקשר הכימי על הכבידה הפיסיקלית. האורניום יוצר קשר חזק לחמצן, ועל כן הוא מצוי ברובו בחלק העליון של כדור-הארץ (נפוץ בגרניטים). נוכחות זו של אורניום, שהוא רדיואקטיבי ופולט חום, בקרום החיצוני מובילה אותנו לסעיף השלישי בפרק זה, שבו נעסוק במקורות החום של כדור-הארץ.

הקרום והמעטפת - יחסים דינמיים

ראינו בפרק ג' ובסעיף שעבר, כיצד, בעקבות תהליך הדיפרנציאציה, שהוא תהליך פיסיקלי וכימי, הפך החומר הראשוני האחיד של כדור-הארץ לחומר שכבתי. אנו מבדילים בין גלעין, מעטפת וקרום, ויתרה מזו - בין גלעין פנימי, גלעין חיצוני, מעטפת תחתונה ועליונה, קרום יבשתי וקרום אוקיאני, ליתוספירה ואסתנוספירה.

באזור המפגש בין הקרום היבשתי הקל לקרום הימי הכבד נוטה הקרום הימי, שהוא קר וכבד יותר מלכתחילה, לשקוע מטה אל תוך האסתנוספירה החמה והפלסטית. אולם עד להיכן ישקע? עד לגלעין? לא ולא! החישובים מורים, שהחומר יצנח עד לעומק של כ-650 ק"מ (איור י"ז-1), שהוא הגבול בין המעטפת העליונה לתחתונה (נתעלם לרגע מאזור המעבר). המעטפת התחתונה, הבנויה קומאטיט, היא צפופה וכבדה עקב הברזל שבה. ערכי הצפיפות שלה גבוהים מאלה של החומר הקר של המעטפת העליונה הצונח מטה. במלים אחרות, גושים כבדים וקרים של המעטפת העליונה יורדים מטה באזורי ההפחתה (subduction zone ; הזכרנו מונח זה בפרק ט"ז ונדון בו שוב בפרקים י"ח ו-י"ט שלהלן העוסקים בנדידת היבשות). הצניחה של הקרום הימי תגיע עד למעטפת התחתונה הכבדה והצפופה, אבל אינה יכולה לחדור לתוכה. נתון זה של 650 ק"מ הוא מעניין ; הוא תואם לגבול התחתון ביותר של רעידות האדמה, ורעידות האדמה הרי קשורות בתזוזת גושים גדולים של הקרום (איורים ט"ז-6 וט"ז-7).


איור י"ז-1. קרום שוקע לתוך המעטפת עד לעומק 650 ק"מ.

כיצד נוצר הקרום הימי? כאשר חלק מהמעטפת עובר התכה, הוא יוצר מגמה בעל צפיפות נמוכה. מגמה זו עולה למעלה ונפלטת ברכסים המרכז-אוקיאניים. אלה הן בזלות, והן מייצגות רק חלק קטן של המגמה - החלק הקל העשיר באוליבינים. לעומת זאת מרתק ביותר למצוא בסלעים העתיקים של כדור-הארץ, בסלעי הפריקמבריום, כגון אלה של ברברטון (Barberton) בדרום אפריקה, סלעים מגמתיים עתירי מגנזיום וברזל - הקומאטיטים (ראה בסעיף הראשון). סלעים אלה נדירים מאוד בתקופות הגיאולוגיות הצעירות, והם מייצגים קרוב לוודאי את המגמה ה"פרימיטיבית", הראשונית, של המעטפת. גילם של הקומאטיטים מדרום אפריקה הוא 3,500 מיליוני שנה.

לבזלת יש תכונה מעניינת. בלחצים נמוכים, כאשר היא מותכת, יש לה צפיפות נמוכה, ולכן היא עולה לפני השטח. לעומת זאת, בזלת קרה, הנתונה בעומק של 50 ק"מ במעטפת, הופכת לסלע צפוף המכונה אקלוגיט (eclogite). האקלוגיט הקר, שהוא כבד יותר מן הפרידוטיט הבונה את המעטפת העליונה, נוצר כאשר קרום אוקיאני בזלתי נוחת באזור ההפחתה. לפיסות האקלוגיט, שהיו פעם חלק מהקרום, אין כאמור בעיה לחדור מבעד לפרידוטיט של המעטפת העליונה עד עומק של כ-650 ק"מ ; שם הן נבלמות על ידי המעטפת התחתונה הכבדה. השקיעה פנימה של חומר באיור ההפחתה אחראית ליצירת רעידות האדמה.

סיפור דינמי זה מסביר בעצם שתי חידות הקשורות להיווצרותו של כדור-הארץ.
(א) מדוע קרום כדור-הארץ כה דק ביחס לירח ולמאדים? אי-אפשר לקרום להיות עבה, שהרי כדור-הארץ חי ויש בו זרימת חומר. שינוי הפאזות בין בזלת לאקלוגיט, החל בעומק של כ-50 ק"מ, אינו מאפשר קרום עבה מזה. פני כדור-הארץ קרים. אילו הייתה בו טמפרטורה גבוהה, כמו בנוגה (°430), לא הייתה הליתוספירה מתקררת דיה כדי לשקוע וליצור אזורי הפחתה. מעבר הפאזה לאקלוגיט היה נוצר עמוק יותר ; הקרום היבשתי היה מותך לפני שהיה הופך לאקלוגיט, ואז הייתה הבזלת חוזרת לפני השטח. ייתכן שכך היה בכדור-הארץ הבראשיתי וייתכן שבנוגה מתקיים מצב מעין זה.

(ב) מה גרם לחסר של כ-500 מיליוני שנה בסלעי הקרום? מדוע הסלעים העתיקים שנמצאו הם בני פחות מ-4 מיליארד שנה, ואילו כדור-הארץ נוצר לפני כ-4.5 מיליארד שנה? הסיפור המעניין בדבר הפיכת בזלת לאקלוגיט ושקיעת האקלוגיט יש בו מענה על כך. החסר נובע בגלל אזורי ההפחתה, בגלל עיכול חלק מהקרום, שיש המכנים אותו בהיתול "הקניבליזם של הקרום" (crustal cannibalism). הקרום האוקיאני העתיק ביותר הוא בן 200 מיליון שנה בלבד, ובעצם חלק גדול מקרום כדור-הארץ שקוע במעמקי המעטפת!

מקורות החום בכדור-הארץ

שלושה המה מקורות החום בכדור-הארץ, שניים מהם פנימיים - חום הגלעין (אנרגיה של כבידה הופכת לאנרגיה של חום) וההתפרקות הרדיואקטיבית, ואחד חיצוני - קרינת השמש. לקרינת השמש חשיבות עצומה לסביבה הביולוגית של כדור-הארץ ולתהליכים החיצוניים של סחיפה ושל זרמים בים. אולם המנוע המזיז יבשות וגורם לקמטים ולשברים הוא מנוע פנימי הקשור בשני המקורות הראשונים.

בפרק על סלעי היסוד הזכרנו את מפל החום, או הגרדיינט הגיאותרמי, הקיים בכדור-הארץ. התייחסנו בעיקר לקרום ולמעטפת העליונה ודיברנו על עליית טמפרטורה בשיעור של כ- °2 - °3 לכל 100 מ' ירידה לעומק. התחממות זו תסביר לנו התכה אפשרית של סלעים כבר בעומקים של 50 100- ק"מ. ומה יקרה עמוק יותר? איור י"ז-2 מציג את הגיאותרמה המציינת את עליית הטמפרטורה עם ההעמקה עד למרכזו של כדור-הארץ. הגיאותרמה מראה, שבאזור המרכזי של כדור-הארץ יכולה הטמפרטורה להגיע ל- 4,000° - °5,000, וחום זה מתפזר אחרי כן בצורת זרמים דרך המעטפת. האיור מורכב משני קווים. הקו השחור הרצוף מציין את האיזותרמה, והקו הצבוע - את ההתכה של הסלעים ושל הברזל בהתאם לעומק שבו הם נתונים. בעומק של 100-50 ק"מ, בסביבות °1000 - °1200 , הסלעים ניתכים ונוצרת המגמה. בעומק שבסביבת 2,900 ק"מ, בטמפרטורה של °3700 ניתך הברזל, ומתהווה הגלעין החיצוני הנוזלי. בעומק רב יותר ובלחצים גבוהים יותר נקודת ההתכה של הברזל תעלה ל-4300°, אולם שם, בעומק כ-5,100 ק"מ, חוצה הגיאותרמה את קו ההתכה, כלומר הטמפרטורה נופלת, וזו הסיבה להתהוות גלעין פנימי מוצק.

מקור החום השני קשור, כאמור, בהתפרקויות הרדיואקטיביות של מאגרי האורניום המצויים בעיקר בסלעי הגרניט. לוח י"ז-2 מראה מציג את ההבדלים בשפיעת החום בין גרניט, בזלת ופרידוטיט.

איור י"ז-2. עליית הטמפרטורה בכדור-הארץ עם העומק. הקו השחור מכונה בשם גיאותרמה. הקו הצבוע מראה את התכת חומר המעטפת עם העומק. בעומק של כ-2,900- ק"מ (3700°) מתחיל החומר הברזלי של הגלעין החיצוני להינתך. קו הגיאותרמה מצוי מעליו. בעומק 5,100 ק"מ מצויה הגיאותרמה מתחת לקו ההתכה של החומר הברזלי. פירוש הדבר הוא שלא תהיה התכה, והגלעין הפנימי הוא אכן מוצק. הוכחה נוספת לכך מתקבלת מגלי P חלשים (איור ג-4).

לוח י"ז-2. כמות החום הנוצרת בסלעים כתוצאה מתהליכים רדיואקטיביים

טיפוס סלע כמויות החומר הרדיואקטיבי בסלע
(היחידות בחלקי מיליון מכלל הסלע: ppm)
כמות החום הנוצרת
ארג/גרם/שנה

גרניט
בזלת
פרידוטיט
אורניום
4
0.5
0.02
תוריום
13
2
00.6
אשלגן
4
1.5
0.02


300
50
1

ננסה לבחון את משמעות המספרים הללו. ניזכר גם ביחידות חום שלמדנו פעם: קלוריה אחת משמעותה העלאת הטמפרטורה של גרם אחד של מים במעלה אחת. קלוריה אחת משמעותה 107 X 4.18 ארג. מכל גרם של גרניט נקבל 300 ארג לשנה. מעטפת גרניט בכדור-הארץ שעובייה יהיה כ-20 ק"מ, תפיק אנרגיה תרמית בשיעור של 1028 ארג לשנה. זהו הערך המתקבל ממדידות שפיעת החום בפני השטח. זו אנרגיה הגדולה פי 1,000 מן האנרגיה המשתחררת ברעידות אדמה מדי שנה, והיא גדולה פי 250,000 מהאנרגיה שמפיקה פצצה גרעינית בעוצמת מגטון אחד. המספרים מלמדים על חשיבות האנרגיה הרדיואקטיבית, והם מצביעים על כך שתחת היבשות (הבנויות גרניט) תהיה שפיעת חום גדולה יותר מבקרקעית האוקיאנוסים (הבנויה בזלת). שפיעת החום מתחת לשילדים הפריקמבריים העתיקים היא אכן רבה: בסביבות 2 מיליוניות הקלוריה לסמ"ר לשנייה - 2µ cal/cm2/sec. מתחת להרי הסיירה הנבדה, בגבול קליפורניה נבדה למשל, שפיעת החום נמוכה בצורה מפתיעה וערכה - 0.4µ cal/cm2/sec; מה הסיבה לכך? המודלים מראים, שגוש הסיירה נבדה בנוי אמנם מלוח קונטיננטלי, אך מונח כנראה על לוח אוקיאני קר ומכאן שפיעת החום הנמוכה (איור י"ז-3).


איור י"ז-3. חתך גיאולוגי סכמתי באזור סיירה נבדה.

שפיעת החום מן היבשות הינה בממוצע 1.5µ cal/cm2/sec. באגנים האוקיאניים מגיעה שפיעת החום ל-1.3 בלבד של ערכים אלה, ובחריצים האוקיאנים העמוקים עוד פחות מכך - 1 לערך. לעומת זאת עולה חום רב ברכסים המרכז אוקיאניים (שעליהם נדבר בפרק י"ט), כי שם עולה מגמה חמה, והשפיעה גדולה מ-2 מיליוניות קלוריות לסמ"ר בשנייה. חום רב עולה סמוך לקשתות האיים (ראה פרק ט"ז), שם מתחולל וולקניזם פעיל ("טבעת האש" סביב האוקיאנוס השקט). גם בשולי האוקיאנוס שפיעת החום גבוהה. איור י"ז-4 מראת את עקומת השתנות יחידות החום בהתאם למבנה הגיאולוגי.

שוחחנו מעט על מקורות החום, אולם מהו מנגנון הפצתו? החום מועבר בעזרת זרמים המכונים זרמי עירבול (קונבקציה).

זרמי העירבול

זרמי העירבול (קונבקציה) נוצרים במעטפת כדור-הארץ. החומר בחלקה החיצוני של המעטפת מתקרר, נעשה כבד ונוטה לצנוח כלפי מטה. חומר חם ממעמקים זורם מעלה ותופס את מקומו של החומר הקר. מקורות החום ליצירת זרמי העירבול במעטפת כדור-הארץ הם פליטת חום מהגלעין, התפרקויות של חומרים רדיואקטיביים, או אף שחרור אנרגיה בין-אטומית כתוצאה משינויי טמפרטורה ולחץ במעמקי כדור-הארץ.

איור י"ז-4. שפיעת החום מקרקעית הים. ערכים גבוהים מצויים באזור הרכס המרכז-אוקיאני. הליתוספירה הולכת ומתקררת כלפי הצדדים, והערכים קטנים עד למינימום באזור התעלה האוקיאנית. אחרי כן נרשמת עלייה מחודשת בשפיעת החום כתוצאה מצניחת הליתוספירה באזור ההפחתה, התחממות, התכה והופעת הרי געש.

הקורא יכול ליצור לעצמו המחשה לזרמי עירבול על ידי הרתחת מים, שמן או דייסה בתוך סיר, פיזור פיסות ניר על פני הנוזל ומעקב אחרי מהלך הנייר. זרם חם עולה, ממקור האש, כלפי מעלה ומתפלג לזרמים יורדים וחוזר חלילה (איור י"ז-5).


איור י"ז-5. דוגמא פשוטה לזרמי עירבול (קונבקציה).

כזכור לנו, גילו המחקרים הסייסמים שמעטפת כדור-הארץ בנויה מחומר המגיב כמוצק להעברת גלים. כיצד אפוא נעז להציע תנועת זרמים בתוכו? דומה, כי לא קשה לתרץ קושיה זו. גם לחומר מוצק הנתון בטמפרטורה גבוהה ובלחץ חזק יכולה להיות מידה מסוימת של פלסטיות, או זרימה, מה גם שהתנועה המחושבת ואף המדודה של זרמי העירבול אינה עולה על מספר סנטימטרים בשנה.

איור י"ז-6 מביא סכימה של זרמי עירבול בכדור-ארץ "מושלם", עם יבשות קוטביות ואוקיאנוסים משווניים.

איור י"ז-6. סכימה של זרמי עירבול במעטפתו של כדור-ארץ אידיאלי שבו יבשות קוטביות ואוקיאנוסים משווניים.

איור י"ז-7 מציג התפתחות של זרמי עירבול בתא קטן יותר של המעטפת העליונה. זרמים חמים העולים ברכס המרכז-אוקיאני מתבדרים לצדדים ונעשים קרים באזור ההפחתה, מתחממים שוב בעומק של כמה מאות ק"מ, עולים, וחוזר חלילה. לסיכום, זרמי העירבול מפזרים את החום בכדור-הארץ. זרמי העירבול הם אפוא "המנוע" הטקטוני היוצר הרים ומניע לוחות ויבשות.

כדור-הארץ המתכווץ

נחטא למדע, אם נסתפק בהבאת השערה (היפותיזה) אחת ויחידה - פעולת זרמי העירבול (קונבקציה) - כהסבר למנגנון היוצר הרים ומניע לוחות יבשה. באמצע המאה ה-19 הציעו המלומדים דאנה (Dana) ודה-בומון (de Beaumont) השערה, אשר לפיה התכווצותו של כדור-הארץ היא האחראית לתהליכים טקטוניים בו. ההשערה מכונה בשם "כדור-הארץ המתכווץ" (contracting earth). ההשערה מבוססת על ההנחה, שכדור-הארץ היה חם יותר בראשיתו, והוא מפסיד לאט-לאט את חומו באמצעות קרינת חום אל החלל. תוך כדי ההתקררות קטן החלק הפנימי של כדור-הארץ, והקרום חייב להסתגל ולהתאים את עצמו לתוך המכווץ. ההסתגלות נעשית דרך התמוטטות, קימוט ודחיסה של סלעי הקרום. הדחיסה היא הגורם ליצירת שרשרות ההרים. חסידי תיאוריה זו הישוו את כדור-הארץ לתפוח הנאפה בתנור, תוכו מתכווץ וקליפתו מתקמטת בהתאם. חוקרים רבים דחו תיאוריה זו בנימוקים שונים, כפי שנראה להלן, וכיום מעטים חסידיה. (א) הקמטים המתקבלים בתפוח אפוי אינם מסודרים, ואילו בכדור-הארץ דומה שיש סדר וחוקיות כלשהם ; (ב) כדור-הארץ היה אמור להתקרר כבר מזמן, לפי החישובים, וכיום לא הייתה צריכה להתחולל כל פעילות טקטונית, אך אין הדבר כך ; (ג) לפי תצפיות ומדידות של הקרינה הרדיואקטיבית בכדור-הארץ הוא עדיין מתחמם ; (ד) לפי תיאוריה זו היינו אמורים למצוא על פני כדור-הארץ תופעות לחיצה בלבד, ולא תופעות מתיחה. נכון הוא, שהאזורים האורוגניים (שרשרות הרים) אכן מסמלים תופעות לחיצה וקיצור קרום כדור-הארץ, אולם עם זאת אין להתעלם מקיומם של אזורי מתיחה אחדים ; הבקעים הגדולים והרכסים המרכז-אוקיאניים משמשים דוגמא לכך.

איור י"ז-7. זרמי עירבול במעטפת העליונה. מזרקת מעטפת מתפלגת תחת רכס מרכז-אוקיאני. החומר מתקרר ומתמצק ויוצר גבול לוח לפני אזור ההפחתה. החומר המוסע מטה באזור ההפחתה מתחמם שוב, מותך וחוזר למזרקת המעטפת.

כדור-הארץ המתפשט

תיאוריה בדבר כדור-הארץ ההולך ומתפשט נעזרת ברעיונות ובשיטות הוכחה אחדות השאולות מתורת נדידת היבשות (שתוצג בפרק י"ח), ועל כן לא נרחיב עתה בענייניהן המשותפים. על פי הרעיון המרכזי של תיאוריית ההתפשטות הולך כדור-הארץ ומתפשט בהתמדה בקצב של 0.5 - 1 מ"מ לשנה ; התפשטות זו אחראית להפרדה, לביקוע ולנדידה של היבשות, שהיו פעם חטיבה אחת, הלוא היא הפאנגיאה. יצירת שרשרות ההרים אף היא קשורה בנדידה של היבשות ובהתפשטות הכדור (כיצד? זוהי תופעה של לחיצה ולא של מתיחה).

קשיים רבים מתעוררים, כאשר מנסים לקשור את ההתפשטות ואת קצבה, הקטן בהרבה מן המצופה, כדי שתהיה לה השפעה על תהליכים גיאולוגיים שקצבם מהיר יותר. תיאוריית ההתפשטות מתבססת על מדידות פאליאומגנטיות בסלעים, מדידות המראות היכן נמצא הקוטב המגנטי בתקופות השונות, וכיצד נדד עם הזמן (על כך נספר בפרק י"ט). התאמת הנדידה של היבשות השונות (המופרדות ומרוחקות זו מזו בימינו) מרמזת על כך, שהיבשות היו פעם מכונסות יחד (ראה להלן). מעניין להיווכח, שגם הקבוע המתאר את התפשטות היקום עומד על 0.6 מ"מ לשנה, ותוצאה זו דומה לתוצאה שעליה מתבססת התיאוריה של התפשטות כדור-הארץ (expanding earth).

סקירה מקפת על תיאוריה זו מצויה במאמרו המעניין של הגיאופיסיקאי קריר (Creer ; תורגם בכתב-העת "מדע", כרך י', 1966). במאמרו זה מתואר הנסיון המעניין שערך קריר להוכיח בדרך תיאורית את התיאוריית ההתפשטות. הנסיון הוא פשוט וצד את העין ביפי תוצאתו (איור י"ז-8). קריר טוען, שאם אכן היתה פאנגיאה בעבר הרחוק חטיבה אחת, יש לצפות לכך שהיבשות "יסתדרו" על פני כדור-ארץ קטן יותר, אם ימוזגו למשטה רציף. הוא בנה כדור-ארץ בקוטר של 50 ס"מ, גזר ממנו את היבשות והניח את הגזירים על כדור-ארץ בקוטר 28 ס"מ, שהוא קוטר הכדור המתאים לכיסוי בשטחי הקרום היבשתי. התוצאה מדהימה בשלמותה (ראה באיור י"ז-8). מסתבר, שכדור-הארץ תפח פי שתיים בקוטרו ופי שמונה בנפחו. היבשת הקדמונית האחת נתבקעה ונקרעה, וכך התקבל המיתאר הגיאוגרפי של היבשות בהווה.

איור י"ז-8. נסיונו של הגיאופיסיקאי קריר להוכחת תיאוריית ההתפשטות. דגם של כדור-ארץ קטן מזה המוכר לנו, המציג את כדור-הארץ לפני 4 מיליארדי שנים. היבשות נגזרו מכדור שקוטרו 50 ס"מ והותאמו בדגם שלפנינו על גבי כדור שקוטרו 28 ס"מ. הדגם מייצג כדור-ארץ שגודלו 50% בלבד מגודל כדור-הארץ הנוכחי. התאמה טובה יותר בין גזירי היבשות מתקבלת כאשר נלקח קו עומק של 200 מ' לשמש כקו חוף (מדע, כרך י', שבט תשכ"ו, ינואר 1966).

סיכום

צללנו לבטן האדמה, הכרנו מעט את המנגנון הפנימי של כדור-הארץ ולמדנו על מקורות החום המספקים אנרגיה למנוע הטקטוני. על פי המחשבה המקובלת שמר כדור-הארץ, פחות או יותר, על נפחו במרוצת העידנים הגיאולוגיים, והחום הפנימי שלו הוא המניע את זרמי העירבול המזיזים יבשות וטוחנים הרים. ראוי לזכור, כי תיאוריות ההתכווצות וההתפשטות שהצגנו לפניכם אינן כה מקובלות בימינו (ראשית שנות ה-90).

קראו עוד:

כדור - הארץ ופסיפס הלוחות שלו

ביבליוגרפיה:
כותר: כדור - הארץ והמנוע הטקטוני הפנימי
שם  הספר: גיאולוגיה יסודות ותהליכים
מחבר: פלכסר, עקיבא (פרופ')
עורכת הספר: דרורי, צילה
תאריך: תשנ"ב
הוצאה לאור: אקדמון
הערות: 1. עקיבא פלכסר. החוג לגיאופיסיקה ולמדעים פלנטריים. אוניברסיטת תל-אביב.
הערות לפריט זה: 1. הפריט הוא פרק י"ז בספר.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית