מה מסתתר מתחת לרגלינו?
כדור הארץ בנוי משכבות, ובמעמקיו פועלים כוחות אדירים שמעצבים את הנוף
שני סוגי כוחות יוצרים את הנוף
שני סוגי תהליכים: בנייה מול שחיקה
כדי להבין את הנוף, צריך להכיר את שני הכוחות שמתחרים זה בזה. כוח אחד בונה ומרים, כוח שני שוחק ומוריד. הנוף שאנחנו רואים הוא תוצאת האיזון ביניהם בכל רגע נתון.
שני סוגי תהליכים שמעצבים את הנוף
תהליכים פנימיים
מונעים בחום שבתוך כדור הארץ. בונים את הנוף: מרימים הרים, גורמים לרעידות אדמה, יוצרים התפרצויות געשיות. דוגמאות: הרי האלפים, הרי הקווקז, הרי הגולן.
תהליכים חיצוניים
מונעים בכוחות שמעל פני השטח: מים, רוח, גלי ים, קרח. שוחקים ומעצבים את הנוף הקיים. דוגמאות: קניונים שנחצבו על ידי נהרות, חוליות שנוצרו מרוח.
אפשר לחשוב על כך כמאבק מתמיד: התהליכים הפנימיים בונים ומרימים את הנוף, והתהליכים החיצוניים שוחקים ומפילים אותו. הנוף הסופי הוא תוצאה של שני הכוחות יחד. הר גבוה מעיד שהתהליכים הפנימיים גוברים כרגע; עמק שנחצב מעיד על כוח שחיקה חזק.
מבנה כדור הארץ: שלוש שכבות עיקריות
כדי להבין את התהליכים הפנימיים, צריך קודם להכיר את מבנה כדור הארץ. כמו ביצה קשה, כדור הארץ בנוי בשכבות: קליפה דקה מבחוץ, חלק גדול ובינוני, ולב קשה במרכז. כל שכבה שונה בהרכבה, בטמפרטורה ובלחץ.
שכבות כדור הארץ - מבחוץ פנימה
| שכבה | עובי משוער | טמפרטורה משוערת | מאפיינים עיקריים |
|---|---|---|---|
| קרום יבשתי | 30-70 ק"מ | עד 300 מעלות | דק וקשה, בנוי מסלעים קלים יחסית, שעליו אנחנו חיים |
| קרום אוקייני | 5-10 ק"מ | עד 200 מעלות | דק מהקרום היבשתי, בנוי בעיקר מבזלת |
| מעטפת עליונה | עד 700 ק"מ | 1,000-1,500 מעלות | בה נמצאים הלוחות הטקטוניים ואזורי המגמה |
| מעטפת תחתונה | 700-2,900 ק"מ | עד 3,000 מעלות | לחץ אדיר, חומר מוצק למרות החום |
| גלעין חיצוני | 2,900-5,100 ק"מ | 3,000-5,000 מעלות | נוזלי, בנוי ברזל וניקל, מייצר שדה מגנטי |
| גלעין פנימי | 5,100-6,370 ק"מ | 5,000-6,000 מעלות | מוצק בגלל לחץ אדיר, בנוי ברזל וניקל |
* ככל שיורדים פנימה, הטמפרטורה והלחץ עולים. הגלעין החיצוני נוזלי, אך הגלעין הפנימי - למרות שהוא חם יותר - מוצק בגלל לחץ עצום.
מגמה: הסלע הזורם שבתוך כדור הארץ
אחד מהמרכיבים החשובים ביותר בתהליכים הפנימיים הוא המגמה. מה היא, ומדוע היא חשובה כל כך?
מגמה היא סלע מותך וזורם שנמצא בעיקר במעטפת. בטמפרטורות הגבוהות שבמעמקים, הסלע נמס ומקבל תכונות דמויות נוזל. הוא יכול לזרום לאט בתוך המעטפת ולעיתים גם לפרוץ אל פני השטח.
כאשר מגמה פורצת אל מחוץ לכדור הארץ דרך הר געש, היא מקבלת שם חדש: לבה. ההבדל בין מגמה ולבה הוא המיקום בלבד, החומר עצמו זהה. הלבה מתקררת ומתמצקת ויוצרת סלע יסוד.
המגמה היא המנוע של רוב התהליכים הפנימיים: היא זורמת, מזיזה לוחות, ופורצת כהר געש.
חום ולחץ: גורמי המפתח במעמקים
מדוע פנים כדור הארץ חם כל כך? ישנן שתי סיבות עיקריות: ראשית, חום שיורי מהיווצרות כדור הארץ לפני כ-4.5 מיליארד שנה, שנסגר בפנים ולא הספיק להתפשט החוצה. שנית, פירוק רדיואקטיבי של יסודות כמו אורניום ותוריום הנמצאים בתוך כדור הארץ, שממשיך לייצר חום ברציפות. שני המקורות יחד גורמים לטמפרטורות של אלפי מעלות.
הבדל בין חום ולחץ בגלעין
תופעה מפתיעה בגלעין:
- הגלעין הפנימי חם יותר מהגלעין החיצוני
- הגלעין החיצוני הוא נוזל, הגלעין הפנימי הוא מוצק
- הסיבה: לחץ עצום בגלעין הפנימי - משקל כל שכבות כדור הארץ מעליו - לוחץ את החומר ומונע ממנו להימס
- מסקנה: לחץ ממש גבוה יכול להפוך חומר למוצק גם בטמפרטורות שבמצב רגיל היו ממיסות אותו
המחשה אינטראקטיבית: מסע אל מרכז כדור הארץ
כיצד חוקרים את פנים כדור הארץ?
הקידוח העמוק ביותר שאי פעם נחפר הגיע לעומק של כ-12 ק"מ בחצי האי קולה ברוסיה, רחוק מאוד מהמעטפת. אם אי אפשר לחפור, כיצד יודעים מדענים מה יש בפנים? התשובה: חקירה עקיפה בעזרת גלי הדף.
גלי הדף וסיסמוגרף: כיצד 'רואים' לתוך כדור הארץ
כשמתרחשת רעידת אדמה, היא שולחת גלים בכל כיווני כדור הארץ. אותם גלים הם כמו קרן אור שמאירה לתוך פנים כדור הארץ.
רעידת אדמה יוצרת גלי הדף, גלים של אנרגיה שמתפשטים בתוך כדור הארץ בכל הכיוונים. כשגלים אלה עוברים בין שכבות שונות, הם מתכופפים ומשנים כיוון, ממש כמו קרן אור שעוברת ממים לאוויר.
סיסמוגרף הוא מכשיר שנמצא בנקודות שונות על פני כדור הארץ ומקליט את הגלים הללו. כשמשווים את זמן הגעת הגלים ואת דרך תנועתם בתחנות שונות, מדענים מסיקים מה יש בשכבות שדרכן עברו.
כך, בלי לחפור ובלי לראות ישירות, אנחנו יודעים שהגלעין החיצוני נוזלי (כי סוג מסוים של גלים אינו עובר דרך נוזל) ושהגלעין הפנימי מוצק. זו דוגמה מצוינת למדע עקיף.
שיטות נוספות לחקר פנים כדור הארץ
בארות עמוקות
קידוחים של מחקר שמגיעים לעשרות קילומטרים. הם מספקים דגימות סלע ומדידות טמפרטורה ישירות, אך מגיעים רק לחלק העליון של הקרום.
חקר לבה
לבה שפורצת מהרי געש מגיעה מהמעטפת. ניתוח הרכבה הכימי מלמד על הרכב המעטפת ועל התנאים שבה.
שדה מגנטי
השדה המגנטי של כדור הארץ נוצר בגלעין החיצוני הנוזלי. מדידת תכונות השדה מלמדת על תנועת הגלעין.
מדידות גרביטציה
שינויים בכוח הכבידה בנקודות שונות על פני כדור הארץ מלמדים על צפיפות השכבות שמתחת לפני השטח.
שדה מגנטי: מגן בלתי נראה
הגלעין החיצוני הנוזלי, שנע בתוך כדור הארץ, מייצר שדה מגנטי סביב כדור הארץ. השדה הזה הוא כמו מגן: הוא דוחה חלקיקים מזיקים מהשמש ומאפשר את קיום החיים. בלעדיו, הרוח הסולרית הייתה מפשיטה את האטמוספרה שלנו. זו דוגמה לכך שמה שקורה במעמקי כדור הארץ משפיע ישירות על חיינו.
הקשר לנוף ישראל
ישראל ממוקמת על הבקע הסורי-אפריקני, שבר עמוק בקרום כדור הארץ שנוצר כאשר שני לוחות טקטוניים התרחקו זה מזה. בקע זה מסביר כמה תכונות ייחודיות של הנוף הישראלי: בקע הירדן וים המלח נמצאים בתוכו, הרי הגולן מורכבים מלבה בזלתית שנוצרה מפעילות געשית לפני מיליוני שנים, וישראל חשופה לרעידות אדמה. הנוף הישראלי הוא תוצר ישיר של תהליכים פנימיים בכדור הארץ.
ים המלח - הנקודה הנמוכה בעולם
ים המלח נמצא בגובה של כ-430 מטר מתחת לפני הים, הנקודה הנמוכה ביותר על יבשה בכדור הארץ. הוא נמצא בלב הבקע הסורי-אפריקני, ועומקו נובע ישירות מהתרחקות הלוחות הטקטוניים. קרקעיתו ממשיכה לשקוע.
הרי הגולן - מורשת הגעש
רמת הגולן בנויה בחלקה הגדול מבזלת, סלע יסוד שנוצר מלבה שהתקררה. הרי הגעש של הגולן, כמו הר אביטל, הם הרי געש כבויים. פעילות געשית זו התרחשה לפני כ-1-3 מיליון שנה והשאירה את חותמה על הנוף.
שאלות לחשיבה
שאלה לחשיבה
מהו ההבדל בין תהליכים פנימיים לתהליכים חיצוניים? תנו דוגמה לכל אחד מהנוף הישראלי.
תהליכים פנימיים מונעים בכוחות שבתוך כדור הארץ ובונים את הנוף, למשל: הרי הגולן הבזלתיים שנוצרו מגעש, ובקע הירדן שנוצר מהתרחקות לוחות. תהליכים חיצוניים מונעים בכוחות שמעל פני השטח ושוחקים אותו, למשל: קניון הירדן שנחצב על ידי הנהר, וחוליות הנגב שנוצרו מרוח. הנוף הוא תוצאה של שני הסוגים יחד.
פנימיים בונים, חיצוניים שוחקים - והנוף הישראלי מדגים את שניהם.
שאלה לחשיבה
מדוע הגלעין הפנימי מוצק, למרות שהוא חם יותר מהגלעין החיצוני הנוזלי?
הגלעין הפנימי מוצק בגלל לחץ עצום: משקל כל שכבות כדור הארץ לוחץ עליו בעוצמה כה גדולה, שהחומר אינו מסוגל לזרום, גם בטמפרטורות גבוהות. הגלעין החיצוני נמצא בלחץ נמוך יותר, ולכן נמצא במצב נוזלי. זו דוגמה לכך שלחץ יכול לשמור על חומר מוצק גם בחום רב.
לחץ גבוה מאוד יכול לגרום לחומר להישאר מוצק גם בטמפרטורות שבדרך כלל ממיסות אותו.
שאלה לחשיבה
אי אפשר לחפור עד מרכז כדור הארץ. כיצד יודעים מדענים שהגלעין החיצוני נוזלי?
מדענים חוקרים בעזרת גלי הדף. ישנם שני סוגים של גלים: גלים שיכולים לעבור דרך נוזל וגלים שאינם יכולים. כשמנתחים את גלי ההדף שנוצרים ברעידות אדמה ועוברים דרך כדור הארץ, מגלים שאחד הסוגים אינו מגיע לצד השני מנקודות מסוימות. מסקנה: יש שכבה נוזלית בפנים שחוסמת אותם. זה הגלעין החיצוני. זה מחקר עקיף, אך מהימן.
גלי הדף + סיסמוגרף = חלון אל פנים כדור הארץ.
שאלה לחשיבה
מדוע חשוב שיהיה לכדור הארץ שדה מגנטי, ואיך הוא קשור לגלעין?
השדה המגנטי מגן על כדור הארץ מפני חלקיקים מזיקים מהשמש (הרוח הסולרית). בלי שדה זה, האטמוספרה הייתה נשחקת ואי אפשר היה לקיים חיים כפי שאנחנו מכירים אותם. השדה נוצר בגלעין החיצוני הנוזלי, שבו זרמי ברזל וניקל נוזליים נעים ויוצרים זרם חשמלי שמוליד שדה מגנטי. כך מה שקורה במעמקים משפיע ישירות על קיום החיים.
גלעין נוזלי - שדה מגנטי - מגן על חיים: שרשרת של תלות.
מושגי מפתח: מבנה כדור הארץ
ארבע נקודות מפתח שחשוב לשלוט בהן:
- שלוש שכבות מבחוץ פנימה: קרום (דק וקשה) ← מעטפת (בה המגמה) ← גלעין (מרכז חם)
- ככל שיורדים פנימה: טמפרטורה עולה, לחץ עולה
- גלעין חיצוני נוזלי, גלעין פנימי מוצק - הסיבה: לחץ עצום בגלעין הפנימי
- גלי הדף + סיסמוגרף = הדרך לחקור מה שאי אפשר לראות
קידוח קולה בחצי האי קולה ברוסיה, שהחל בשנת 1970 ונמשך יותר מ-20 שנה, הגיע לעומק של 12.2 ק"מ. הקרום היבשתי עבה בממוצע 35 ק"מ, כך שהקידוח הגיע רק לשליש ממנו. הוא נעצר בגלל שהטמפרטורה בתחתיתו הגיעה ל-180 מעלות, מה שגרם לסלע להתנהג כמו פלסטיק ולסגור את הבור. כל מה שאנחנו יודעים על המעטפת והגלעין מגיע ממחקר עקיף.