הוא המתכת הנפוצה ביותר בכדור הארץ, מאפשר לנו לנשום, לבנות מגדלי ענק וגשרים, ליצור דיו מגנטי ואפילו לחקור את העבר הקדום של עולמנו ולהילחם באפקט החממה בהווה. הכירו את הברזל – אחד היסודות המועילים ביותר בכדור הקטן שלנו

ברזל הוא אחד היסודות הכי מוכרים ושכיחים בעולמנו, ועם זאת יש לא מעט דברים מעניינים וייחודיים הנוגע למתכת הזו שידועים רק למתי מעט. לפני שנצלול למחוזות הפחות מוכרים של היסוד החביב, הנה היכרות בסיסית איתו: מדובר ביסוד הרביעי בשכיחותו בקרום כדור הארץ וכנראה השכיח ביותר בגרעינו. אם נבחן את שכיחות היסודות לפי המסה הכוללת שלהם, נראה שהוא היסוד השכיח ביותר בכדור הארץ (למרות שיש יותר אטומי חמצן, אטום ברזל כבד הרבה יותר).

באופן לא מפתיע, בני האדם מצאו דרכים להשתמש בברזל כבר בתקופות פרה-היסטוריות. גם כיום הוא נותר, יחד עם סגסוגותיו הנפוצות ובעיקר הפלדה, המתכת השימושית ביותר בעולם. נמצא אותו בבניינים, בגשרים, במכוניות, בהתקנים חשמליים, במנועים ואפילו בצבעים שעל הקירות.


המתכת השימושית ביותר בעולם מאז שחר ההיסטוריה. גשר רכבת מפלדה בארגנטינה | מקור: ויקיפדיה

מקורות הברזל 

אחד הדיונים שמעסיקים כבר שנים את הקהילה המדעית הוא שאלת ההיסטוריה של סלעי הברזל. הדיון הזה חשוב ואמוציונלי מפני שבמקורות הברזל מוטבעים סודות ורמזים שלוקחים אותנו היישר לזמנים שבהם כדור הארץ היה שונה מאוד מהיום, ומעניקים לנו הצצה לנקודות זמן קריטיות בהיווצרות כדור הארץ והחיים בו.

ייחודו של הברזל במובן הזה נובע מכך שבניגוד למחצבים מתכתיים רבים, שתהליכי היווצרותם אינם מושפעים כמעט משינויים סביבתיים, המחצבים שמכילים ברזל משתנים בהתמדה בהתאם למאפייני הסביבה שבה הם נמצאים. מהסיבה הזאת היווצרות נרחבת של סלעי ברזל עשויה להעיד על שינוי סביבתי אדיר.

נחזור לרגע לכדור הארץ של לפני 2.5 מיליארדי שנים. מה שנראה הוא עולם בלי צמחייה, שהאטמוספירה שלו מורכבת בעיקר מחנקן, פחמן דו-חמצני ואדי מים. אם הייתם ערניים שמתם בוודאי לב שחסר באטמוספירה הזאת יסוד מהותי במיוחד לקיום חיים כפי שאנו מכירים אותם – החמצן.

בערך בתקופה הזו התחוללה מהפכת החמצן הגדולה של כדור הארץ. מיקרואורגניזמים, ובראשם חיידקי ציאנובקטריה, החלו לשחרר חמצן לסביבה בתהליך של פוטוסינתזה. התקופה הזו חשובה ומרתקת שכן כל מה שאנחנו מכירים כיום בעולם מבוסס על חמצן, כולל קיומנו שלנו. והברזל הוא שמאפשר לנו הצצה מרתקת לתהליך שקרה לפני כל כך הרבה שנים.

שער הכניסה של הברזל?

הברזל אמנם היה קיים בכדור הארץ מאז היווצרו, אבל היה מומס במימי האוקיינוסים, בדומה ליוני נתרן שעדיין נמצאים בריכוז גבוה במי הים. סלעי הברזל המוצקים החלו להופיע רק כשהברזל הגיב עם החמצן ויצר תחמוצות ברזל כבדות ששקעו למטה. ככל ששכיחות החמצן גדלה כך נוצרו יותר ויותר סלעי ברזל, עד שמימי האוקיינוסים נותרו כמעט ללא ברזל. תארוך הסלעים הללו ומקומם של מרבצי הברזל הגדולים מספקים עדויות להתרחשויות דרמטיות שקרו לפני כשני מיליארד שנים.

מאין הגיעו יוני הברזל למי האוקיינוסים? עד לאחרונה סברה רוב הקהילה המדעית שבקעים בקליפת כדור הארץ, בקרקעית האוקיינוסים, שימשו שער כניסה של הברזל מגרעין של כדור הארץ לקליפתו. השנה פורסם מחקר שהסיק שהברזל היה קיים כאבן בקליפת כדור הארץ כבר בתחילתה. ההאשמה על העברתו לימים נופלת על מיקרואורגניזמים, שכחלק מהתהליכים הביולוגיים שלהם אספו את הברזל והסיעו אותו בכמויות אדירות מהסלעים לנהרות ולאוקיינוסים.

המחלוקת כעת בעיצומה. לא כל המדענים בתחום הזה קיבלו את טענות המחקר החדש ויידרשו מחקרים נוספים כדי לאושש או להפריך את ממצאיו. למעשה, המעקב אחר הברזל פתח ושבר מוסכמות בהבנה הבסיסית שלנו את התהליכים שעיצבו את כדור הארץ כפי שהוא נראה כיום. ייתכן שהמסקנות האלה יאירו באור חדש תהליכים סביבתיים עכשוויים, יעשירו את הבנתנו וימנעו מאתנו לעשות טעויות סביבתיות הרות גורל בבואנו "לתקן" מצבים בעייתיים.


הברזל הגיב עם החמצן ליצירת תחמוצות, וכך הוא עבר ממי האוקיינוסים לשכבות הסלע | מקור: Sutterstock

"דישון" האוקיינוסים

דוגמה לניסוי סביבתי כזה, שנעשה בניסיון לתקן נזקים שהאנושות יצרה, היא דישון פעיל של מי האוקיינוס בברזל במטרה להפחית את כמויות הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה. אחד הגורמים שמגבילים את התרבות הפלנקטון באוקיינוסים – אותם יצורים ימיים קטנטנים שחלקם מבצע פוטוסינתזה – הוא מחסור בברזל, הוספת מלאכותית שלו יכולה עקרונית לסייע לפלנקטון לשגשג, ולכן לקלוט כמויות גדולות של פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה ולפלוט במקומו חמצן, בתהליך שיתרום למאבק בגזי החממה.

ההבנה של תהליכים סביבתיים יכולה לסייע לנו להעריך את הסכנות האקולוגיות העצומות מבחינת הסביבה הימית ובכלל ולתת לאנושות את היכולת לבצע ניתוחי עלות-תועלות תוך כדי ניתוח סיכונים נכון יותר.

המחקר שקובע שהסעת הברזל לאוקיינוסים היתה תופעת לוואי לחיים של מיקרואורגניזמים גם נותן לנו הצצה על החשיבות העצומה של הברזל לעולם החי. אמנם כולנו מודעים לחשיבות של ברזל בתזונתנו היומיומית, אבל הקשר בין הברזל לעולם הביולוגי עשיר הרבה יותר.

בכל יצור חי, החל בחד-תאיים וכלה בבני אדם, יש חלבונים עם קבוצות ברזל שחיוניים לקיומם. בדרך כלל אלה חלבונים שמשתתפים בפעילות אנזימטית חשובה, שלא פעם מנצלת את הקשר החזק והמדובר כל כך בין ברזל לחמצן כדי לקשור חמצן ולהסיע אותו ברחבי הגוף. זה למעשה מה שעושה ההמוגלובין, שמעניק לדמנו את צבעו האדום בשל הברזל שיש בו.


סוד החיים. אטום ברזל במרכזה של מולקולת המוגלובין, המעבירה חמצן לתאי הגוף | מקור: Science Photo Library

המגנטיות של הברזל

אחד השימושים המפתיעים והמדהימים שיש לברזל במערכות ביולוגיות מתקשר לתכונה מיוחדת ונדירה יחסית שלו, שהביאה לפריצות דרך רבות בהיסטוריה של המדע והטכנולוגיה. הכוונה היא כמובן למגנטיות, או ליתר דיוק יותר נכון פרומגנטיות. סלעי הברזל, שעשויים תחמוצות ברזל, עשויים לעתים להיות ממוגנטים בצורה טבעית וכך גילו לראשונה את תופעת המגנטיות.

אורגניזמים שונים, וביניהם חיידקים, חרקים, יוני דואר, מכרסמים ודגים, נעזרים בחלקיקים קטנים של תחמוצת הברזל כגלאים של השדה המגנטי של כדור הארץ. חישת השדה הזה מאפשרת להם לנווט במרחב ביעילות רבה ואף ליצור מפות התמצאות במרחב המחיה שלהם.

המתכת הנפוצה והמרתקת הזאת – הברזל – לא מפסיקה לספק לנו הפתעות. מדע מבוסס ברזל ממשיך להתקדם גם מעבר לגילויים במדעי הסביבה. ממש בימים אלה המחקר של ננו-חלקיקי ברזל זוכה להתעניינות מחודשת ומושקעים בו משאבים רבים, בין השאר בגלל הרצון לייצר דיו מגנטי שמבוסס על ננו-חלקיקים כאלה. נראה שהברזל על צורותיו השנות ישאר איתנו עוד זמן רב, ולנו נותר רק להודות על כך שהוא נמצא בשפע כזה על פני הכדור שלנו.

תגובה אחת

  • משה

    תיקון בנושא השכיחויות בתחילת הכתבה

    ביקום כולו יש הרבה (הרבה!) יותר מימן מברזל מבחינה משקלית.
    https://en.wikipedia.org/wiki/Abundance_of_the_chemical_elements#Element...
    בכדור הארץ יש הכי הרבה חמצן מבחינה מספרית, לא מימן.
    https://en.wikipedia.org/wiki/Abundance_of_the_chemical_elements#Earth.2...
    לתיקונכם.