הרי געש וסלעי יסוד

בעוד שגיאולוגים הם מדענים שחוקרים סוגי סלעים למיניהם, וולקנולוגים הם גיאולוגים שמתמקדים בהרי געש פעילים ורדומים, בלַבָּה ובמַגְמָה. וולקנולוגים חוקרים את הסלעים שהרי געש יוצרים, ומחפשים רמזים שיסייעו להם להבין כיצד הרי געש התהוו, ומתי. באמצעות הֲבָנַת התנאים שיצרו סלעים געשיים, וולקנולוגים יכולים ללמוד על ההיסטוריה של הר געש, ואולי גם לחזות אם הוא יתפרץ שוב, ומה יקרה לנוף ולאנשים שחיים בקרבת מקום אם תרחיש זה יתממש. הסלעים שסובבים הרי געש מספקים לנו נתונים חשובים לחישוב גילוֹ של הר הגעש, ומסייעים לנו לענות על שאלות לגבי האופן שבו כדור הארץ נוצר, לרבּות מתי הרי געש התפרצו, ועד כמה עוצמתיוֹת היו ההתפרצויות [1].

סוגי הסלעים שוולקנולוגים מקדישים את זמנם לחקירתם נקראים סלעי יסוד. סלעי יסוד נוצרים כאשר סלע מותך מתקרר ומתקשה לסלע מוצק. סלע מותך נקרא מַגְמָה כאשר הוא מאוחסן בתא מתחת להר הגעש, אך מתייחסים אליו בתור לַבָּה כשהוא מגיע אל פני השטח. הרי געש נוצרים כאשר ישנוֹ שֶׁבֶר בקרום כדור הארץ, שפותח נתיב לבריחתם של מַגְמָה ושל גז. בכל פעם שהר געש מתפרץ, הוא משתנה בצורתו ובגודלו מאחר שהלבה שהוא משחרר מתקררת ומתקשה סביבו. עם הזמן, זה יכול לגרום להרי געש להיות גבוהים ורחבים יותר. הר הגעש הגדול היותר במערכת השמש נקרא מָסִיב טָאמו (Tamu Massif), והוא ממוקם במזרח יפן, בתחתית האוקיינוס השקט. בעוד שגובהו ממוצע, מה שהופך את הר הגעש הזה לגדול כל כך הוא המרחק שהוא מתפרס אליו קדימה. מסיב טאמו חולש על פני 553,000 קילומטרים רבועים–שטח הגדול יותר משטחה של כל מדינת ספרד [2]!

הרי געש מסווגים על פי צורתם ועל פי המקום שבו המגמה מאוחסנת בתוכם. שני אלה קובעים כיצד המגמה נוטה להשתחרר במהלך התפרצות. חלק מההתפרצויות הגעשיות הן אלימוֹת, ופולטות לאוויר סלע מותך וגז. התפרצויות געשיות אחרות הן פחות עוצמתיות, אך מזיקות באותה המידה, מאחר שלבּה שזורמת מחוץ להר הגעש מתפשטת על פני מרחקים גדולים. לדוגמה, הרי געש מסוג חרוט מגן (shield volcanoes), כמו מסיב טאמו, הם סוג הר הגעש העיקרי אשר יצר את איי הוואי. הר כזה מכיל לבה נוזלית מאוד, אך אין לו התפרצויות אלימוֹת. אולם, אם לבה פוגשת מים, האינטראקציה יכולה לגרום להתפרצויות להיות עוצמתיות מאוד [3]. שלושת סוגי הרי הגעש העיקריים האחרים הם חרוטי אפר (cinder cones); הרי געש מרוכבים (stratovolcanoes) וכיפות לבה (lava domes), שכולם מתפרצים בצורה חזקה יותר מהרי געש מסוג חרוט מגן^{1 ,2}. ההבדלים הגדולים באופן שבו הרי געש מתפרצים משפיעים על סוג זרימת הלבה שהם מייצרים.

זרימות לַבָּה

לבה זורמת בצורות שונות. הבנת סוגי הזרימה יכולה לסייע לוולקנולוגים לקטלג סלעי יסוד, מאחר שהמאפיינים של סלעים משתנים כשהסלעים מתקררים ומתקשים. אף על פי שלבה פועלת כמו נוזל, היא מתקררת כל הזמן כשהיא נעה. זה גורם ללבה להתנהג אחרת כתלות בהרכּב שלה ובמהירות תנועתה. סוג זרימת הלבה תלוי בצמיגוּת של הלבה, או בהתנגדות לזרימה.

אלה הם ארבעת סוגי זרימות הלבה העיקריים:

1. לַבַּת pahoehoe (איור 1a) – יוצרת סלע חָלָק ורציף, מאחר שצמיגותה נמוכה והיא נעה לאט.
2. לבת a'a (מבוטא ''ah-ah'', איור 1b) – זרימותיה מתרחשות כאשר לבה זורמת במהירות ומתפוררת בחלק העליון ובבסיס, מה שמַקְנֶה לה מראֶה של חָצָץ.
3. לבת blocky (איור 1c) – זרימותיה הן כמו זרימות a'a, אך מתרחשות עם לבה בצמיגות גבוהה בלבד. במקום תצוּרוֹת של סלע חלק, זרימות blocky נשברות ויוצרות בּוֹלְדֶּרִים זוויתיים. זרימת לבה מסוג זה יכולה להגיע לגובה של יותר מ-100 מטרים, כמו גל שגדל כלפי חוץ בזמן תנועתו, לפני שהוא מתמוטט.
4. לבת pillow (איור 1d) – מתרחשת רק מתחת למים. כאשר לבה חמה זורמת לתוך מים קרים, קצות הזרימה מתקררים מהר ויוצרים זכוכית געשית, אולם החלק הפנימי של הזרימה ממשיך לנוע ולחדור דרך הקצה הזכוכיתי, מה שיוצר צורת כרית.

לעיתים, כאשר לבה זורמת על היבשה, השכבה החיצונית של הזרימה מתקררת ומתקשה קודם בעוד שהשכבה הפנימית ממשיכה לזרום, מבודדת על ידי שכבת הסלע החיצונית. התוצאה היא היווצרות של צינור לבה (איור 2). צינורות לבה בדרך כלל נוצרים רק כאשר הלבה בעלת צמיגות נמוכה ונעה מהר. כאשר אספקת הלבה לצינור מסתיימת, הצינור מתרוקן והתעלה החיצונית הקשה נשארת. מצב דברים זה מותיר מאחור מערה ארוכה שמתפרשׂת מבסיס הר הגעש, עם רצפות חלקות ושטוחות כמו מסדרון במקום שבו התקשתה זרימת הלבה האחרונה [4].

חקירת זרימות לבה מעניינת מאחר שהיא מאפשרת לוולקנולוגים לראות כיצד נוף יכול להיווצר או להשתנות באופן דרמטי בשל פעילות געשית. הרי געש מתחת למים ממלאים תפקיד חשוב בהיווצרות קרקעית האוקיינוס ואיים געשיים חדשים, בעוד שהרי געש על היבשה יוצרים ומעצבים מחדש את הקרקע סביבם כל העת.

התגבשות של לבה

לפני שמגמה מתפרצת מהר געש, היא קיימת באחת משלוש צורות עיקריות, בהתבסס על ההרכב הכימי שלה, צמיגותהּ והטמפרטורה שלה. כל הצורות חמות ביותר ומסוכנות מדי למדידה מקרוב, ולכן במקום זאת נמדדות באמצעות מצלמות תֶּרְמִיוֹת [5]! הסוגים השונים של מגמה קובעים כיצד הסלע המקורר והמוצק ייראה. חלק מהמגמה נוזלית מאוד ויוצרת זרימות לבה מסוגי pahoehoe או a'a, שמתקדמות למרחקים ארוכים. מגמה אחרת היא צמיגה וקרה יותר, ויוצרת זרימות blocky. מגמה גם יכולה להיות צמיגה מאוד, קרה יחסית וליצור כיפות לבה או זרימות של לבה מסוג blocky.

סוג המגמה, כמה זמן לוקח לה להתקרר והגז שנוכח במהלך ההתפרצות הגעשית משפיעים על האופן שבו סלע היסוד נראה לאחר ההתקררות וההתמצקות. התמצקות של סלע מותך נקראת התגבשות. התקררותם של סלעי יסוד המתקררים מתחת לקרקע היא איטית יותר, מה שמַקְנֶה לגבישים מינרליים זמן לגדול בתוך הסלע. בתוך הסלעים האלה, המינרלים השונים הם גדולים, וקל לראותם בעין בלתי מזוינת. סלעי יסוד שמתגבשים בפני השטח של כדור הארץ נוטים להתקרר הרבה יותר מהר, ויש להם גבישים הרבה יותר קטנים. סלעים געשיים שמורכבים מזכוכית בלבד, ונקראים לבה שחורה (אוֹבּסידיאן), נוצרים מלבה שמתקררת, עם מעט גבישים או ללא גבישים כלל. אם הלבה מועפת לאוויר במהלך התפרצות, או אם היא באה במגע עם מים, קצוות הלבה גם יתקררו וייצרו זכוכית.

כאשר הרי געש מתפרצים באופן אלים, הרבה בועות גז נוצרות בלבה, ולכן היא מתגבשת לסלעים מלאים בחוֹרים בַּמקום שבו קודם היה גז. סלעים עם חורים שנוצרו מגז שנכלא בלבה נקראים vesicular rocks (סלעים נקבוביים). לעיתים גזים עשויים להיכלא בתוך סלעים–זה מאפשר לוולקנולוגים ולגיאולוגים לחקור סלעים נקבוביים עתיקים במטרה לקבוע אֵילוּ גזים נמצאו בהרי הגעש העתיקים [6]. לבה שמכילה מעט מאוד גז נוטה שלא להכיל בועות גז.

סוגי סלעי יסוד

לוולקנולוגים יש שמות לכל סוגי הסלעים השונים שנוצרים מהתפרצויות געשיות. סלעים אלה מסווגים תחילה לקטגוריות בהן סלע פלסי (felsic, ידוע גם כסלע חומצי), סלע מאפי (mafic, ידוע גם כסלע בסיסי) וסלע ביניים (intermediate), בהתבסס על סוגי המינרלים שהם מכילים (איור 3). בזלת היא סוג סלע היסוד השכיח ביותר שנוצר מלבה. זהו סלע כהה בקטגוריית המאפי, עם מעט מאוד היווצרות של גבישים. בניגוד לכך, אַנְדֵזִיט, סלע מסוג סלע ביניים, הוא בעל צבע בהיר הרבה יותר, ויש לו גבישים רבים שניתן לראות ללא זכוכית מגדלת. גרניט הוא סוג של סלע יסוד לא געשי, שנוצר ממַגמה המתקררת לאט מתחת לקרקע. לעיתים קרובות סלע גרניט משמש לשיש במטבחים ובחדרי אמבט, ויכול להופיע במגוון צבעים, שכולם חולקים גודל דומה של גבישים והרכּב מינרלי.

סלעים ללא גבישים נראים לעין משתנים רבּות בצבעיהם ובמרקמיהם. אבן ספוג (pumice) היא דוגמה לסלע בהיר, פלסי, נקבובי שיכול לצוף על מים. סְקוֹרְיָה היא גם סלע נקבובי, אך כהה, מאפי ודחוס יותר, שאינו מסוגל לצוף על מים. לבה שחורה (אוֹבּסידיאן), שמורכבת מזכוכית געשית, היא סלע פלסי שהתקרר ללא גבישים. אף על פי שלבה שחורה נראית כהה, כמו בזלת, היא פלסית בהרכבהּ. חזותה הכהה נובעת מזיהומים כמו ברזל ומגנזיום שנמצאים בתוך הסלע.

מה סלעי יסוד יכולים ללמדנו?

גורמים רבים משפיעים על האופן שבו סלעים נוצרים מהתפרצויות געשיות, וכן על אֵילוּ סוגים וצורות של סלעים געשיים הרי געש יכולים ליצור. וולקנולוגים יכולים לבחון סלעי יסוד שנוצרו מהר געש במטרה להבין כיצד הוא התפרץ, לחקור את ההיסטוריה הגיאולוגית שלו ולחזות התפרצויות עתידיות. ניתן לתארך דגימות סלעים ממיקומים רבים סביב הר הגעש כדי לסייע לבנות את היסטוריית ההתפרצות של הר געש. באמצעות הדמיות לוויינים, אפשר ליצור מפות גיאולוגיות במטרה להראות כיצד כל אחד מהחומרים הגעשיים מפולג. בעזרת המידע הזה, כמו גם פיסות רבות אחרות של רְאָיוֹת, וולקנולוגים יכולים ליצור ציר זמן של אירועים עבור אזור געשי [7]. לא בכל אתר יהיה רק סוג אחד של סלע יסוד, וייתכן שבחלק מהאתרים התרחשו כמה התפרצויות געשיות, מה שהופך את התהליך למורכב ביותר.

שימוש במידע מהרי געש לסיפור העבר הגיאולוגי של כדור הארץ הוא מרתק, מאחר שהוא עשוי לסייע לנו לענות על כמה שאלות מפתח. לדוגמה, האם פעילות געשית גרמה לאחת ההכחדות ההמוניות המוכרות? אם נמצא אזור מסוים בעולם עם הרי געש רבים שהתפרצו סביב אותו הזמן שבו התרחש אירוע של הכחדה המונית, ייתכן שיהיו לנו רְאָיוֹת שיתמכו בכך ששני האירועים קשורים [8]. התפרצויות געשיות פולטות כמויות גדולות של גזים ואֵפֶר לתוך האטמוספרה, ושני אלה עשויים להשפיע על האקלים. בפרט, גזים געשיים, כמו למשל גופרית דו-חמצנית, יכולים לעורר התקררות גלובלית, בעוד שפחמן דו-חמצני עלול לתרום להתחממות גלובלית. מחקר סלעים געשיים הוא עבודה מעניינת, הַמְּעָרֶבֶת נסיעה למקומות עם הרי געש פעילים ורדומים ברחבי העולם, לְשֵׁם איסוף נתונים ודגימות סלעים לבחינתם במעבדה. עיסוק בתחום זה מציע הצצה מרתקת אל ההיסטוריה של כדור הארץ שלנו!

מילון מונחים

לבה (Lava): ↑ סלע מותך שהתפרץ בפני השטח של כדור הארץ.

מגמה (Magma): ↑ סלע מותך בתוך קרום כדור הארץ או מתחתיו.

צמיגות (Viscosity): ↑ מידת סְמִיכוּת דביקה או זורמת של חומר; התנגדות לזרימה.

בּולדר (Boulder): ↑ גוש סלע חלק ועגול אשר מתנתק מסלע גדול יותר, מכוח איתני הטבע.

כיפת לבה (Lava Dome): ↑ גבעה מעגלית שנוצרת מהתפרצות איטית של לבה צמיגה, אשר נערמת סביב פתחי יציאת האדים של חלק מהרי הגעש.

התגבשות (Crystallization): ↑ תהליך שבו סלע מותך (נוזלי או חצי-נוזלי) מתקשה לסלע מוצק.

הצהרת ניגוד אינטרסים

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

הערת שוליים

1. ↑להרחבה על אישיוּיוֹת געשיוֹת במאמר נוסף של פרונטירז מדע לצעירים, לחצו כאן.

2. ↑כדי ללמוד עוד על סוגים שונים של הרי געש, לחצו כאן.