גשם של להבות ולבה

במאי 2018 התפרץ בהוואי הר הגעש קילוואה (Kilauea), באירוע געשי רב עוצמה שתושבי האזור לא זוכרים כמותו במאתיים השנים האחרונות. מזרקות הלבה המרהיבות שפרצו ממנו תועדו היטב, וכך גם ההרס הרב שנגרם לבתים ולכבישים סביבו. מקומו הנגיש אִפשר למדענים לעקוב אחרי האירוע מקרוב, ואף הופקו נתונים שיוכלו לעזור בחיזוי התפרצויות געשיות עתידיות. אך עד כה הגורמים שהובילו להתפרצות עצמה נותרו עלומים.

כעת, כעבור כשנתיים, ייתכן שנמצא פתרון לתעלומה. במאמר שהתפרסם לאחרונה בכתב העת Nature טוען צמד חוקרים מארצות הברית שההתפרצות לא נבעה מתהליכים גיאולוגיים בעומק כדור הארץ, כפי שמתרחש בדרך כלל בהתפרצויות געשיות, אלא דווקא מתהליכים שהתרחשו מעל פני הקרקע. וליתר דיוק: בגלל גשם.

התפרצות הר הגעש קילאווה: 

מתח פנים בעומק האדמה

אחת הסיבות הנפוצות להתפרצות הר געש היא עלייה בלחץ של תא המַגְמָה שמתחתיו – מאגר תת-קרקעי של סלע מותך השוכן בבסיסם של הרי געש פעילים. עליית הלחץ יכולה לנבוע מעלייה בטמפרטורה סביבו או מחדירה של מַגְמָה חדשה לתוכו. העלייה הזאת מתבטאת בדרך כלל בהתרוממות קלה של פני הקרקע שמעל לתא המַגְמָה, תופעה שאפשר לזהות באמצעות מדידות מכ"ם מלוויינים.

בין שנת 2014 ל-2017 אכן נמדדה התרוממות של כ-30 ס"מ בפסגתו של הר קילוואה, אולם במהלך עשרת החודשים שקדמו להתפרצות ב-2018 העלייה הואטה מאוד והסתכמה בסנטימטר אחד בלבד. לדעת החוקרים, היעדר ההתרוממות בפרק הזמן שלקראת ההתפרצות שולל את האפשרות שהיא נגרמה מעליית הלחץ בתא המַגְמָה. כך שכנראה מעורבת כאן סיבה אחרת.

החוקרים מפנים את תשומת הלב אל תנאים יוצאי דופן אחרים ששררו בהוואי לקראת ההתפרצות: החודשים שקדמו להתפרצות של הר קילוואה היו מהגשומים ביותר שידעה הוואי במאה השנים האחרונות. מאז ינואר 2018 חוו האיים רצף יוצא דופן של מערכות אקלים גשומות, שהמטירו באזור ההר יותר מ-2.25 מטרים של משקעים – פי יותר מ-2.5 מהממוצע הרב-שנתי לאותה תקופה.

לתכולת המים בסלע יש השפעה לא מבוטלת על יכולתו לעמוד בעומסים. בסלעים, ובמיוחד באלה שנוצרו בעקבות פעילות געשית, יש נקבוביוֹת רבות שמתמלאות במים או מתרוקנות מהם בהתאם לגובה מפלס מי התהום בקרקע, או לכמות המשקעים המחלחלים מפני השטח. שאר החלל מלא באוויר.

כשמים באים במגע עם אוויר, כפי שקורה בנקבוביוֹת המלאות באופן חלקי, מתפתח על פניהם מתח פנים – מעין קרום שנובע מכוחות המשיכה הפנימיים שפועלים בין מולקולות המים. המולקולות על פני השטח נמשכות חזק יותר אל גוף המים מאשר מולקולות בעומק, מאחר שאין מעליהן מולקולות מים נוספות שימשכו אותן לכיוון הנגדי. על כן טיפות מים נוטות להיות עגלגלות: כל נקודה על פני השטח של הטיפה נמשכת אל מרכזה במידה דומה.

כשסלע מכיל מים אך אינו רווי, ובתוך הנקבוביות מים נוגעים באוויר, פני המים ישאפו להתכדרר בהשפעת מתח הפנים שייווצר. בין דפנות החלל הסלעיות לבין המים מתקיימת תאחיזה (אדהזיה), כך שהמים מושכים גם את הסלע אל מרכז הנקבובית. בעקבות זאת נוצר בנקבוביוֹת לחץ שלילי (מעין רִיק) שמעצים את חוזקו הכללי של הסלע. כשהסלע נהיה רווי, כלומר הנקבוביות שבו מתמלאות במים לגמרי, מתח הפנים שפעל בתוכן נעלם והסלע נחלש.

החודשים לפני ההתפרצות היו הגשומים ביותר שידעה הוואי. לבה זורמת לים בהתפרצות ב-2018 | צילום: Maridav, Shutterstock

שיא של 44 שנה

בעזרת מודל חישובי, ששילב נתונים על כמות המשקעים, מידת הנקבוביוּת של הסלע והולכת המים שלו, בדקו החוקרים איך השינוי בתכולת המים בסלעי הר הגעש קילוואה עשוי להשפיע על לחץ המים התוך-נקבובי בהם. כשחישבו את השינוי הצפוי לפי כמויות המשקעים שירדו מעל להר הגעש לאורך 44 השנים האחרונות, התגלה כי השינוי הגדול ביותר בלחץ התוך-נקבובי בו התרחש בשנת 2018, מיד לפני שהתפרץ.

על פי תוצאות המחקר, הגשמים חסרי התקדים שירדו על הר הגעש בתחילת השנה החלישו את יחידות הסלע המרכיבות אותו, עד שלא יכלו עוד להתנגד ללחץ הקבוע שהפעיל עליהם תא המַגְמָה הלוהט בעומק הקרקע, והן נפרצו. מהמחקר עולה עוד כי רוב ההתפרצויות של קילוואה לאורך השנים התרחשו סמוך לתקופות גשומות, דבר שמחזק את המסקנה שקיים קשר הדוק בין משקעים לפעילות געשית.

החוקרים חותמים את מחקרם בהתייחסות לשינוי הצפוי במשטר הגשמים העולמי בעקבות משבר האקלים. ככל ששינויי האקלים יתרחבו, אפשר לצפות שעוד אזורים בעולם יחוו עלייה חסרת תקדים בכמויות המשקעים היורדים בהם. ייתכן שהשינויים האלה ישפיעו על פעילותם של אזורים געשיים, באופן דומה למה שקרה על פי המודל בהוואי. החוקרים מביעים תקווה שהבנה טובה יותר של הקשר ההידרו-גיאולוגי בין משקעים ופעילות געשית יאפשר לחזות בעתיד התפרצויות דומות נוספות של הרי געש, ולהתריע מבעוד מועד על אסונות טבע אפשריים.