Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
רעיון מרכזי פורסם: 18 בינואר, 2019

הרי געש: הצורה משקפת את האישיות

תַקצִיר

התפרצויות געשיות מוכיחות שכוכב הלכת שלנו חי ומתפתח. אם תביטו בתמונות של הרי געש מסביב לעולם, תבחינו שהם נראים שונים אבל יש להם גם מאפיינים חשובים במשותף. לחלקם יש צורת חרוט מושלמת, ואילו אחרים הרבה יותר שטוחים ופחות בולטים בשטח. בזה הם דומים לבני אדם – יש גבוהים ויש נמוכים, יש כהים ויש בלונדינים. העובדה הזאת חשובה משום שלפי צורתו של הר געש יכולים מדענים לדעת כיצד הוא יתפרץ: אפשר לומר שהמראה של הר געש מעיד על האישיות שלו! זאת בניגוד לבני אדם, שלפעמים האישיות שלהם שונה מאוד גם אם הם נראים דומים. כאן אנחנו מתארים סוגי אישיות שונים של הרי געש, ומסבירים איך אפשר לחזות לפיהם השפעות של התפרצויות עתידיות.

צורות של הרי געש

מדענים החוקרים הרי געש נקראים ווֹלקָנוֹלוֹגים. וולקנולוגים כמונו נוסעים ברחבי העולם כדי לערוך מחקרים על כמה שיותר הרי געש. ככל שנחקור הרי געש רבים יותר, נבין טוב יותר את אופן הפעולה שלהם. לפעמים אנחנו מגיעים לעיר כמו נאפולי שבאיטליה, וכבר מהרכֶּבת מבחינים בהר הגעש היפהפה המתנשא מעל העיר (וֶזוּב: ראו איור 1). אם מסיירים בסביבת וֶזוב, מוצאים סלעים שמהם אפשר ללמוד הרבה מאוד על תולדותיו. לשם כך בודקים מאילו מינרלים עשויות דגימות הסלע שמצאנו, ומנתחים את ההֵרכֵּב הכימי שלהן. כך אפשר לקרוא בסלעים כמו שקוראים בספרים! זאת המומחיוּת שלנו, הווֹלקנולוגים.

איור 1 - תצלום לוויין של אזור נאפולי באיטליה באיור נראים הר-הגעש השִכבתי וֶזוּב (מימין) וקַלדֶרת ”קמפּי פלגריי“ (מסומנת בעיגול משמאל).
  • איור 1 - תצלום לוויין של אזור נאפולי באיטליה באיור נראים הר-הגעש השִכבתי וֶזוּב (מימין) וקַלדֶרת ”קמפּי פלגריי“ (מסומנת בעיגול משמאל).
  • במפה הקטנה של איטליה מסומן מיקום התצלום. צילום: (ASTER image) NASA.

מה שמעניין בנאפולי הוא שכאשר מסתובבים בה מגלים גם סלעים געשיים אחרים, שהמראֶה וההרכֵּב הכימי שלהם שונים מאלו של הסלעים ליד וֶזוּב. הסלעים האלה הגיעו ממתחם געשי אחר הנמצא קרוב לעיר: קַמְפִּי פְלֶגְרֵיי (Campi Flegrei, שפירושו ”השדות הבוערים“). זהו הר געש שבגלל צורתו קשה מאוד לראות אותו אם עומדים על הקרקע, אבל הוא גדול כל כך שאפשר לראות אותו מהחלל (איור 1).

הר געש חרוּטי כמו וזוב נקרא ”הר געש שִכבתי“ ואילו הר געש שטוח יותר, כמו קמפּי פלגריי, נקרא ”קָלדֶרָה“. הרי געש שכבתיים נראים כמו הרי הגעש שאתם מציירים, וקל לזהות אותם. יש להם צורה של הר, ובמרכז נמצא לוֹע המחובר לתָא תת-קרקעי. קָלדֶרָה, לעומת זאת, דומה יותר לקערת מרק גדולה (איור 2). בין הוולקנולוגים הראשונים היו כאלה שֶכּינוּ את הקלדרות ”הרי געש הפוכים“ [1]. רמת הגולן היא אזור געשי רדום ואפשר למצוא בה הר געש חרוטי כמו הר פרס וקלדרה כמו הר אביטל.

איור 2 - הר געש שִכבתי (משמאל) ומערכת געשית קלדרית (מימין) תא המאגמה של הר געש שִכבתי (1) קטן מהרבה מזה של קלדרה (2).
  • איור 2 - הר געש שִכבתי (משמאל) ומערכת געשית קלדרית (מימין) תא המאגמה של הר געש שִכבתי (1) קטן מהרבה מזה של קלדרה (2).

מדוע יש להרי געש צורות שונות כל כך? כאשר הר הגעש שָקט, הסלעים שייפלטו החוצה בהתפרצות מאוחסנים בתוך תא מָאגמָה, בעומק 5-15 ק”מ מתחת להר (איור 2). הסלעים בתא המאגמה הם לוהטים כל כך (בערך 1000-800 מעלות צלזיוס; פיצה נאפית ב-300 מעלות) שהם נמצאים במצב מוּתָך. סלעים מותכים נקראים מאגמָה. כאשר הר געש שכבתי מתפרץ, נפלט רק חלק קטן מהמאגמה שבתא, ואחרי ההתפרצות היא מתקררת ומתקשה. במהלך התפרצויות חוזרות המאגמה מצטברת, כך שנוצר חרוט. בקלדֶרָה המצב שונה. כאשר היא מתפרצת, כמות המאגמה הנפלטת מהתא היא כה עצומה שפני השטח שוקעים ויוצרים את ה“קערה” הנקראת קלדרה. לכן חשוב למדענים לשאול את השאלה “מדוע הרי געש נראים שונים?”

גודל תא המאגמה יכול לקבוע מה תהיה האישיות של הר הגעש

המאגמה שבתא המאגמה מתחת להר הגעש נמצאת במצב מוּתָך, והיא פחות צפופה מהסלעים המוּצקים שסביב התא. לכן פועל על המאגמה שבַּתא כוח הציפָה, הדוחף אותה אל פני השטח. כוח הציפָה הוא הכוח שאתם מרגישים, למשל, אם אתם מנסים להשקיע כדור מנופח בתוך מים: כוח הציפה מתנגד ושואף להחזיר אותו למעלה, אל פני המים. ארכימֶדֶס מסירָקוּזָה תיאר את הכוח הזה לראשונה לפני 2200 שנה – תגלית חשובה מאוד, שהסבירה מדוע כלי שַיט צפים על המים. בניגוד לכדור, שכוח הציפה ידחוף אותו כלפי מעלה, המאגמה לא עולה מעלה מכיוון שהסלעים המקיפים את תא המאגמה חזקים ומונעים ממנה לעלות אל פני השטח. איך בכל זאת המאגמה מתפרצת?

הסלע סביב תא המאגמה מונע מהמאגמה לעלות כפי שאתם מנסים למנוע מהכדור לעלות אל פני המים. אם הכדור קטן, מן הסתם תצליחו, אבל ככל שהוא גדול יותר, יהיה לכם קשה יותר. תאי המאגמה מתחת לקלדרה מגיעים בסופו של דבר לגודל עצום, ואז מתרחשת התפרצות. ווֹלקנולוגים הראו שלפעמים החום הרב של המאגמה מפרק את הסלעים שמעל תא המאגמה, ולכן פוחת הלחץ של הסלעים כלפי מטה (כאילו הייתם מפעילים פחות לחץ על הכדור שמתחת למים) ובסופו של דבר המאגמה מצליחה לעלות והר הגעש מתפרץ [2]. יש גם מקרים שבהם רעידת אדמה מטלטלת את תא המאגמה, וההשפעה היא כמו ניעור של בקבוק משקה מוגז – גם היא גורמת להתפרצות [3]. את כל זה אנחנו יודעים על תאי מאגמה גדולים. אבל מדוע מתפרצים הרי געש שכבתיים, שתאֵי המאגמה שלהם קטנים הרבה יותר?

בהרי געש עם תאים קטנים, גורמי ההתפרצות הם אחרים. לדוגמה, חדירה של מאגמה נוספת ולוהטת יותר מבטן האדמה (מעומק 60-100 ק“מ) יכולה להגביר את הלחץ בתוך התא עד כדי שבירת הסלעים שסביבו [4].

על כדור הארץ, התפרצויות געשיות קטנות הן הרבה יותר נפוצות מהתפרצויות גדולות [5]. רוב תאי המאגמה מאבדים כמויות קטנות של מאגמה בהתפרצויות קטנות ואינם מגיעים לגדלים שבהם יכולה להתפתח קלדֶרה. כשבודקים סלעים שנפלטו מהרי געש, מתברר שהתפרצויות של קלדרות הן גדולות יותר מהתפרצויות של הרי געש שכבתיים [6]. לדוגמה, המקום הרחוק ביותר שאליו הגיעו סלעים מהר וֶזוב הוא וֶנֶציה, הנמצאת 540 ק”מ מההר, אבל סלעים שנפלטו מקמפּי פלגרֵיי נמצאו אפילו ברוסיה, במרחק 4000 ק“מ! אם נבין מדוע קלדרות והרי געש שכבתיים מתפרצים בעוצמה שונה (כלומר, נבין את ה”אישיות“ של הר הגעש) ואיך גודל ההתפרצות קשור לגודלו של תא המאגמה, נוכל לחזות באופן מדויק יותר את ההשפעה של ההתפרצות.

לאילו הרי געש יש אישיות מסוכנת במיוחד?

וולקנולוגים חוקרים את אישיותם של הרי געש כי היא קובעת מה יהיה טווח ההשפעה של כל התפרצות. זִכרו שסלעים מקמפּי פלגריי הגיעו למרחק של 4000 קילומטרים! כעת נספר לכם על הסכנות השונות הטמונות בהתפרצויות געשיות.

כאשר הר געש מתפרץ בפיצוץ, המאגמה מתקררת והופכת לאפר געשי ולגזים געשיים, כמו פחמן דו-חמצני (CO2) וגופרית דו-חמצנית (SO2). האפר נפלט במהירות גבוהה עד כדי כך שהוא מועף לגובה שבו טסים מטוסים. הוא עלול לסתום את מנועי המטוס ולעצור אותם. אפר וגז געשיים מהתפרצויות גדולות מסוגלים לעבור מרחקים גדולים באטמוספירה, להתפזר על פני כל כדור הארץ ואף לשנות את האקלים. הגזים הופכים באטמוספירה לתרסיסים (תערובת של חלקיקים זעירים), והם מחזירים את קרינת השמש לחלל וגורמים להתקררות גלובאלית. היה אפילו מקרה שבו, בעקבות התפרצות הר געש באינדונזיה (טמבורה; איור 3) בשנת 1815, עברה על אירופה וצפון אמריקה שנה ללא קיץ!

איור 3 - מפה המראה את מיקום הרי הגעש המוזכרים במאמר.
  • איור 3 - מפה המראה את מיקום הרי הגעש המוזכרים במאמר.

באזורים סמוכים להרי הגעש עלול האפר להיות קטלני גם משום שהוא קובר צמחים ומזהם מקורות מים. כך קרה בהתפרצויות של אֶיְיַאפְיָאטְלָאיֶיקוּטְל באיסלנד ב-2010, ושל קורדון-קאויה בצ’ילה ב-2011 (איור 3).

לעתים נוצרים עננים עצומים של אפר המתקדמים במורדות הר געש ועוברים עשרות קילומטרים. הם נקראים זרמים פּירוֹקלסטיים. מדובר בתערובת לוהטת מאוד ומהירה מאוד של גז, אפר ו”פצצות געשיות“ (סלעים געשיים שהיקפם יותר מ-64 מ”מ), הזורמים במורד הר הגעש ומשמידים כל מה שעומד בדרכם. מהירותם יכולה להגיע ל-400 ק“מ! זרמים פירוקלסטיים נוצרו, בין השאר, בהתפרצות הר הגעש וזוב בשנת 79 לספירה, התפרצות שהרסה עד היסוד את הערים פומפיי והרקולנאום. תוצר אחר של התפרצויות געשיות הוא אפר המתערבב עם מים וזורם במורדות הר הגעש. זרם כזה נקרא לָהאר (מילה אינדונזית). לָהארים הם פחות לוהטים מזרמים פירוקלסטיים, אבל הם נעים במהירות אדירה ומסַכנים את היישובים הקרובים להרי געש. באחד הלהארים המפורסמים והקטלניים בהיסטוריה, שהתחולל בקולומביה ב-1985 כתוצאה מהתפרצות הר הגעש נֶוואדו דֶל רוּאיס (איור 3), נספו יותר מ-26,000 בני אדם. התפרצות געשית שאינה כרוכה בהתפוצצות נקראת קילוח, ובה המאגמה נשפכת מלוע הר הגעש בזרמי לַבָּה. זרמי לבּה הם לוהטים, איטיים בהרבה מזרמים פירוקלסטיים, ומסוגלים לשרוף את כל מה שבדרכם. זרמי לבּה נוצרו בין השאר בהתפרצויות הרי הגעש מָאוּנָה לוֹאָה וקילוֹוֶאָה שבהוואי ונייִראגוֹנגוֹ שברפובליקה הדמוקרטית קונגו (איור 3). גם רמת הגולן בנויה מזרמי לבה בני אלפי שנים.

כדי לחזות את ההשפעה של מפגעים געשיים כמו אלה שתיארנו, משתמשים כיום במודלים ממוחשבים כדי לבנות מפות סיכונים. במפות הרגילות שאתם מכירים, הצבעים מסמלים את צורת פני השטח (ירוק מסמל אזורים שטוחים, חום ולבן מסמלים הרים, וכן הלאה). במפת סיכונים, לעומת זאת, הצבעים מסמלים את המפגעים שיופיעו כתוצאה מהתפרצות געשית. להתפרצויות גדולות, למשל התפרצויות של קלדרות כמו קמפּי פלגריי, דרושה מפת סיכונים גדולה יחסית. אפשר אולי להסיק מזה שהרי געש כאלה הם מסוכנים יותר; אבל מכיוון שבדרך כלל תאי מאגמה לא מגיעים לגודל שמאפשר התפרצויות כאלה, הן קורות לעיתים נדירות מאוד. להתפרצויות קטנות, של ההר וֶזוב למשל, מספיקה מפת סיכונים קטנה – אבל הן מתרחשות לעיתים קרובות יותר. לכן, בסיכום הכללי, וֶזוב עשוי להיות דווקא מסוכן יותר מקמפּי פלגריי!

להתייחס לאישיות של הרי געש בכבוד הראוי

יותר מ-500 מיליון איש חיים כיום בקרבת הרי געש. ההרים האלה אולי נראים לנו מפחידים, אבל הסלעים שהם פולטים עשירים בחומרים שבזכותם האדמה שם פורייה מאוד. בנוסף, הרי געש הם מקור חשוב לאנרגיה מתחדשת. מחום המאגמה אפשר לייצר חשמל, למשל, ומחומרים געשיים אפשר לייצר לוחות קולטי שמש. כלומר, הרי געש הם חשובים לקיום החיים על פני האדמה, אבל חלקם גם מסוכנים מאוד. כדי לחיות ליד הרי געש צריך להבין את השפה שלהם ואת המסרים שהם שולחים לנו. ווֹלקנולוגים קוראים את הסלעים הגעשיים כדי להבין מה התהליכים שמתרחשים לקראת התפרצות, וכך ללמוד לצפות את ההתפרצויות הבאות ואת השפעתן.

התפרצות של הר געש היא מפגן יוצא דופן של עוצמה ויופי טבעיים, וזוהי זכות גדולה לראות תופעה כזאת. אבל ההרים האלה גם מזכירים לנו שכדי ליהנות באמת מהטבע, צריך גם ללמוד לכבד אותו. העתיד שלנו יהיה טוב יותר אם נבין ונכבד את חוקי הטבע! לא הגיוני, למשל, לבנות בתים ובניינים חשובים (כמו בתי ספר ובתי חולים) קרוב מדי להרי געש, במקום שבו הם עלולים להיהרס בהתפרצות. רבים מהרי הגעש עומדים רדומים במשך אלפים רבים של שנים, ולכן עלינו להבין את הסיבות להתפרצויות ואת הבדלי ההתנהגות בין הרי הגעש השונים. כמדענים, אנחנו מסוגלים להבין מה האישיות של הר געש מסוים לפי מראהו ולפי הסלעים שהוא פולט. מחובתנו להבין ולכבד את הטבע, כי הוא יכול להתקיים בקלות בלי בני אדם – אבל בני אדם לא יכולים לחיות בלעדיו!

מילון מונחים

מאגמָה (Magma): סלעים מותכים העולים ממעמקי האדמה ומזינים התפרצויות געשיות.

זרם פּירוֹקלסטי (Pyroclastic flow): תערובת לוהטת של גז, אפר וסלעים ממקור געשי.

לַהאר (Lahar): זרם בוץ המורכב ממים וחומר געשי.

לַבָּה (Lava): מאגמה שעלתה אל פני האדמה.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.


מקורות

[1] Walker, G. P. L. 1984. Downsag calderas, ring faults, caldera sizes, and incremental caldera growth. J. Geophys. Res. 89, 8407–16. doi: 10.1029/JB089iB10p08407

[2] Gregg, P. M., de Silva, S. L., Grosfils, E. B., and Parmigiani, J. P. 2012. Catastrophic caldera-forming eruptions: thermomechanics and implications for eruption triggering and maximum caldera dimensions on Earth. J. Volcanol. Geother. Res. 241–242, 1–12. doi: 10.1016/j.jvolgeores.2012.06.009

[3] Sumita, I., and Manga, M. 2008. Suspension rheology under oscillatory shear and its geophysical implications. Earth Planet. Sci. Lett. 269, 468–77. doi: 10.1016/j.epsl.2008.02.043

[4] Caricchi, L., Annen, C., Blundy, J., Simpson, G., and Pinel, V. 2014. Frequency and magnitude of volcanic eruptions controlled by magma injection and buoyancy. Nat. Geosci. 7, 126–30. doi: 10.1038/ngeo2041

[5] Newhall, C. G., and Self, S. 1982. The volcanic explosivity index (VEI) an estimate of explosive magnitude for historical volcanism. J Geophys Res Oceans Atmos 87, 1231–8. doi: 10.1029/JC087iC02p01231

[6] Sheldrake, T., and Caricchi, L. 2016. Regional variability in the frequency and magnitude of large explosive volcanic eruptions. Geology 45, 111–4. doi: 10.1130/G38372.1