דווקא בתקופה של התחממות גלובלית, מעניין להביט אחורה אל עידני הקרח של כדור הארץ. ממצאים גיאולוגיים מגלים כי שוב ושוב, כנראה מסיבות אסטרונומיות, עולמנו עבר תקופות קרות במיוחד, שבהן הטמפרטורה הממוצעת צנחה באופן משמעותי ורוב שטחו של כדור הארץ התכסה שכבה עבה של קרחונים.
בתחילת שנות ה-90 תיאר הגיאולוג האמריקני ג’וזף קירשווינק (Kirschvink) את מה שכינה “כדור הארץ הקפוא”, תקופה שבה, לטענתו, כדור הארץ כולו כוסה בקרח – האוקיינוסים והיבשות גם יחד. לפי תפיסתו, הדבר אירע בעקבות שרשרת של אירועים שהתרחשו לפני כ-600 מיליון שנה והשפיעו על הרכב האטמוספרה. כתוצאה מכך כמות הקרינה שהגיעה אל פני הקרקע פחתה מאוד.
2 צפייה בגלריה
האם קרחונים כאלו נראו פעם סמוך לקו המשווה?. קרחון מנדלהול באלסקה
(צילום: AP Photo/Becky Bohrer)
בשנים שחלפו מאז, רעיון כדור הארץ הקפוא נותר השערה בלבד. אמנם יש בידינו ראיות רבות לקיומן של תקופות קרח קיצוניות בכדור הארץ, שבמהלכן הקרחונים התפשטו וכיסו שטחים עצומים. אולם עד כה לא נמצאו ראיות חד-משמעיות לכך שהם הגיעו גם ללב היבשה באזורים המשווניים – האזורים הרחוקים ביותר מהקטבים ,שחשופים להכי הרבה קרינה מהשמש. אך ייתכן ששינוי האקלים הקיצוני הזה הותיר את חותמו בסלעים עצמם.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
מחלות ללא גבולות: שובה של קדחת מערב הנילוס
להישאר ראשן לנצח
האם חיידקי המעי גורמים לטרשת נפוצה?
ואכן מחקר חדש, בהובלת גיאולוגים מאוניברסיטת בולדר בקולורדו, מציע ראיות חזקות לכך שבתקופות הללו היבשה התכסתה קרח אפילו בקרבת קו המשווה. “המחקר הזה מציג את ההוכחות המוחשיות הראשונות לכך שהשטח המושלג של כדור הארץ הגיע עד לב היבשות סמוך לקו המשווה”, אמר המחבר הראשי של המאמר, ליאם קורטני-דיוויס (Courtney-Davies).
מדוע מתרחשות תקופות קרח?
אף על פי שמסלול כדור הארץ סביב השמש וסיבובו סביב צירו נראים לנו קבועים – הרי כל יום נמשך תמיד 24 שעות ושנת שמש היא תמיד 365 ימים ועוד כמה שעות – למעשה הם מושפעים מהכבידה של הגופים השכנים לנו במערכת השמש, ולטווח הארוך חלים בהם שינויים קלים. בשנת 1924 גילה הגיאופיזיקאי הסרבי מילוטין מילנקוביץ’ (Milankovitch) שלושה שינויים כאלה שמתרחשים באופן מחזורי, וקשר אותם לשינויי אקלים ארוכי טווח על פני כדור הארץ. הוא הראה כי זווית הנטייה של ציר הסיבוב של כדור הארץ, הנקיפה שלו (השינוי האיטי בכיוון ציר הסיבוב של כדור הארץ סביב עצמו) ומידת האליפטיות של מסלולו סביב השמש משפיעים על שטף הקרינה המגיע לכדור הארץ, וכך מתרחשים שינויים מחזוריים בטמפרטורות שלו. כיום מחזורי מילנקוביץ הם ההסבר המקובל לקיומן של תקופות קרח ותקופות בין קרחוניות בעולמנו.
מחקרים מאוחרים יותר של תקופות הקרח אף הראו ששינויי האקלים בכדור הארץ מזינים את עצמם במגוון דרכים. לדוגמה, הצטברות קרח על פני כדור הארץ יוצרת תהליך של משוב חיובי. ככל שמתרבים הקרחונים הלבנים על פני השטח, יותר קרינה מוחזרת מהם לחלל ולא נספגת בקרקע ובאטמוספרה. לעומת זאת, כשקרחונים מפשירים, פחות אור מוחזר לחלל ויותר קרינה מגיעה אל כדור הארץ ומאיצה את תהליך ההתחממות שלו, כפי שאכן מתרחש כיום.
לצד מחזורי מילנקוביץ, והתהליכים הקשורים בהם, יש עוד תהליכים רבים אחרים שעשויים להשפיע על האקלים באופן קיצוני. לכן ייתכן שחלק מתקופות הקרח שהיו בכדור הארץ בעבר קשורות לגורמים אחרים. חוקרים סבורים, למשל, שגם התפרצויות געשיות משמעותיות, שמעיפות כמויות עצומות של אבק לאטמוספרה,עשויות לצמצם במידה ניכרת את קרינת האור מהשמש שמגיעה לפני כדור הארץ, ולחולל אפקט דומינו שיביא להתקררות משמעותית של האקלים. גם ירידה משמעותית בכמות גזי חממה כמו פחמן דו-חמצני ומתאן באטמוספרה תורם להתקררות, ועשוי לעודד התפתחות של קרחונים חדשים על פני שטחים נרחבים בכדור הארץ.
על החתום…
גיאולוגים משחזרים את העבר הרחוק של כדור הארץ באמצעות החתימות שהותירו בסלעים ובקרחונים – מעין תיעוד של אירועים ותהליכים קדומים. שכבות של סלעי משקע, שנוצרות מהצטברות של משקעים על קרקעית האוקיינוסים, הימים והאגמים, מעידות לא פעם על התנאים שבהן הן נוצרו. עונות השנה משתקפות בהרכב החומרים ששקעו בהם, עם מחזוריות ברורה התואמת לשינויי העונות. גם תקופות של בצורת או של גשמים עזים המביאים איתם סחף רב מהיבשה, מתועדות בהרכב שכבות הסלעים. שרידים מאובנים של קונכיות ושלדים מגלים איזה מין יצורים התקיימו בתקופות שונות, ומעמיקים את הבנתנו את העבר הביולוגי של עולמנו. היעדר סימני חיים מרמז אף הוא על התנאים או התקופות שבהן הסלע נוצר.
גם תקופות קרח משאירות חתימות ייחודיות. אחת הדרכים לזהות אותן היא על סמך ההרכב האיזוטופי של יסודות מסוימים, ובמיוחד חמצן. איזוטופים הם צורות שונות של אותו יסוד, שנבדלות זו מזו במספר הנייטרונים בגרעין האטום. לחמצן יש שני איזוטופים עיקריים: באחד יש שמונה נייטרונים (חמצן 16) ובשני עשרה (חמצן 18), ולכן השני כבד יותר.
מים שלאטום החמצן שבהם יש שמונה נייטרונים יתאדו ביתר קלות לעומת האיזוטופ האחר, ולכן הגשמים עשירים באיזוטופ הקל של החמצן. כשהם יורדים באזורים קרים הם נאגרים בקרחונים, ולכן גם בהם יש שיעור גבוה יותר של חמצן 16. בתקופות קרות, כאשר הקרחונים גדלים, יותר ויותר מהאיזוטופ נטמע בהם. כתוצאה מכך שיעור האיזוטופ הכבד יותר, חמצן 18, במי האוקיינוסים גדל, והיחס בין האיזוטופים משתנה. כשתקופת הקרח חולפת והקרחונים מפשירים, המים עם אטומי החמצן הקלים נקווים מחדש באוקיינוסים, היחס בין האיזוטופים שב ומשתנה. ניתוח ההרכב האיזוטופי של חמצן בשכבות סלעי משקע מאפשר למדענים לשחזר את הטמפרטורה ואת כמות הקרח לטווח של מאות אלפי שנים אחורה.
(סרטון שמראה איך משחזרים את הטמפרטורה לפני מאות אלפי שנים)
נוסף על כך, כמות האטומים של היסודות ברזל, מגנזיום וסידן בשכבות של סלעי משקע יכולה להעיד על הפשרת קרחונים, שכן מים מומסים מקרחונים עשירים ביסודות הללו. לכן סלעים עשירים בהם מספקים רמזים ברורים לתהליכי הפשרה שהתרחשו על פני השטח בתקופה שבה הם נוצרו.
במחקר הנוכחי זיהו החוקרים חתימה ייחודית הנובעת ממשקלם העצום של הקרחונים, שדוחסים את הקרקע שמתחת להם. בעקבות זאת שכבות הקרקע עוברות תהליך של הנזלה – מצב שבו חומרים מוצקים מתנהגים כמו נוזלים תחת לחץ. בניגוד למַגְמָה, שפעמים רבות מחלחלת מעומק האדמה לתוך סדקים בקרום כדור הארץ, ויוצרת עורקים של סלעי גרניט כשהמגמה מתקשה, סלעים כמו אבן חול אינם יכולים לזרום. משקלם הרב של הקרחונים דוחס את הקרקע שמתחתם ומחדיר אותה לתוך סלעי הבסיס, בתהליך דמוי נוזל. התנועה הזאת יוצרת תבניות ייחודיות של עורקים החוצים סלעים, ומהם אפשר להסיק את הימצאותם של קרחונים בעבר מעל העורקים הללו.
איפה ומתי היו הקרחונים?
זו בדיוק הייתה התבנית שהחוקרים מצאו ברכסים של אבן חול בקולורדו, היושבים על תשתית של סלעי גרניט. אך קולורדו נמצאת כיום באמריקה הצפונית, הרחק מקו המשווה. איך ממצאים שמעידים על קיומם של קרחונים בקולורדו יכולים ללמד על קיפאון הרחק דרומה משם?
ההסבר טמון בכך שמבנה היבשות בכדור הארץ משתנה בהתמדה, בתהליך איטי שנקרא נדידת היבשות. קרום כדור הארץ מורכב מלוחות שנעים ללא הפוגה על פני הסלע המותך שמתחת להם. תנועת הלוחות איטית מאוד, אך לאורך מאות מיליוני שנים השינויים במיקום היבשות הם משמעותיים מאוד. על סמך נתונים שידועים לנו היום על קצב תנועת הלוחות וכיוונה, אנו יודעים לשחזר מה היה מבנה היבשות בעבר. מכאן אנו יודעים שלפני כ-720 מיליון שנה, צפון אמריקה, ובכלל זה קולורדו, נמצאה סמוך לקו המשווה.
חלק מקרחון פריטו מורנו קרס
(צילום: רויטרס )
כדי להעריך מתי התרחשה ההנזלה של הסלעים בקולורדו השתמשו החוקרים בתארוך רדיומטרי. מדובר בשיטת מדידה שמבוססת על כך שחומרים רדיואקטיביים מתפרקים בקצב קבוע וידוע לאורך זמן, והקצב הזה מאפשר להעריך את גילן של דגימות גיאולוגיות. לדוגמה אורניום רדיואקטיבי מתפרק והופך לעופרת. לכן מדידת היחס בין ריכוזי האורניום והעופרת בסלעים מאפשרת להעריך כמה זמן חלף מאז שהחומר הרדיואקטיבי החל להתפרק.
החוקרים אספו מינרלים מעורקי אבן החול שנוצרו בתהליכי ההנזלה ומדדו את יחס האורניום-עופרת בדגימות. לצורך המדידות השתמשו בקרני לייזר, שמאפשרות חיתוך מדויק וממוקד של המינרלים על ידי אידוי. לאחר מכן אפשר לנתח את ההרכב הכימי של החומרים שהתאדו באמצעות מכשיר שנקרא ספקטרומטר.
תוצאות התארוך אכן הראו התאמה לתקופה שנחשבת תקופת קרח, ולפיכך החוקרים משערים שהתהליך הגיאולוגי שהתרחש היה אומנם קשור להימצאותם של קרחונים עצומים על פני השטח. ההתאמה לתקופת קרח שכבר תועדה בעבר, וההימצאות של קולורדו הקדומה באזור המשווני, הם ראיה ישירה לכך שקרחונים כיסו את פני כדור הארץ ממש עד מרכזו.
כעת הם קוראים לחוקרים נוספים להשלים את תמונת כדור הארץ בתקופה זו. לטענתם, אפשר לצפות שדפוסים דומים לזה שנצפה בקולורדו יימצאו בשלל מקומות נוספים ברחבי צפון אמריקה. תופעה דומה שגילה זהה תספק תמיכה משמעותית לממצאי המחקר, ואף תעזור לנו להבין טוב יותר את מאפייניו של כדור הארץ הקפוא הקדום.
שקד אנגלברג, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
