הסבר חדש על האופן שבו נוצר הר הגעש התת-ימי "מסיב טאמו" משכתב את סיפור היווצרותה של קרקעית הים

בקיצור

  • נתונים מגנטיים חדשים מקרקעית האוקיינוס השקט מראים שהר הגעש העצום מסיב טאמו נוצר בדרך שונה מכפי שסברו עד כה המומחים.
  • מסיב טאמו לא נוצר בהתפרצות, כמו הרי געש אחרים שאנו מכירים, אלא בעקבות לבה שדלפה כלפי מעלה בין שני לוחות טקטוניים שהתחילו להיפרד.
  • נראה שעשרות הרי געש אחרים בקרקעית הים נוצרו כך – הסבר חדש לאופן שבו נולדו חלק ממבני הענק בכדור הארץ.

נחשולים גדולים וקודרים טלטלו את ספינת המחקר שלנו מצד לצד. אורכה של ה"פלקור" הוא 83 מטר והיא שוקלת יותר מאלפיים טון, אבל סערה סיבירית, שחמקנו ממנה ברגע האחרון, עדיין ערבלה את מי הים. אני ישבתי במעבדה בסיפון הראשי וניסיתי למנוע מהקפה שלי להישפך על מפת קרקעית הים הפרוסה לפניי.

היה זה אמצע אוקטובר 2015, והיינו בצפון מערב האוקיינוס השקט, בערך 1,600 קילומטר מיפן. בפעם המי יודע כמה התבוננתי במפה, שהראתה כמה פסים פחות או יותר מקבילים לאורך קרקעית הים בקרבת מסיב טאמו, הר געש כביר ועתיק יומין. כל פס הצביע על אופי המגנוט של רצועה בקרקעית הים – חיובי או שלילי – אולם הדפוס לא עלה בקנה אחד עם האופן שבו חשבתי שמסיב טאמו התפרץ.

גל פתאומי פגע בפלקור בקול חבטה רם וטלטל אותי, וברגע הזה ממש התחוור לי מה החמצתי. חקרתי את הר הגעש הזה במשך יותר מעשרים שנה. פרסמתי את המאמרים המכוננים שהעניקו להר הגעש את שמו והסבירו את תולדותיו. לכן רק חלק  מהתובנה שלי חווה רגע של "אאוריקה!"; החלק השני התמודד עם רגע הומר-סימפסוני: "ד'וּאוּ!". ההסברים הקודמים שלי – של כולם בעצם –  בנוגע לאופן ההיווצרות של הר הגעש הזה, היו שגויים.

מסיב טאמו הוא מבנה גיאוגרפי יוצא דופן. רוחבו עומד על כ-430 קילומטר ואורכו 600 קילומטר, כך שהשטח שהוא מכסה שקול לזה של מדינת ניו מקסיקו כולה. נפחו גדול פי 50 ויותר מנפחו של ההר מאונה לואה באי הוואי, אולם למעשה הוא כמעט שטוח. מדרונותיו הרחבים נוטים בשיפוע של כמעלה אחת ממרכזו לכיוון שוליו – בשעה שהשיפוע הרגיל של הר געש תת-ימי הוא כחמש עד עשר מעלות. תארו לעצמכם מגרש כדורגל שלם המכוסה ביריעת אברזין מתוחה, שבמרכזה תומך בה מוט של 60 סנטימטר הנעוץ באמצע המגרש.

הר הגעש הזה הוא ההר העיקרי באחת מהרמות האוקייניות הגדולות ביותר בכוכב הלכת שלנו: מִתלָל שָצקִי (Shatsky Rise). ועם זאת, הפסגה מגיעה רק לגובה של 1,980 מטר מתחת לפני הים. רוב הרמות האוקייניות עשויות בזלת, ומכאן אנו למדים שכמויות עצומות של מַגְמָה עלו ממעטפת כדור הארץ, חצו את הקרום שלו, נדחקו מבעד לקרקעית הים ונשפכו החוצה. אמנם צורתו של מסיב טאמו משקפת לכאורה תהליך התפרצות כזה, אבל הנתונים שאספתי מאז 2015 מראים שזה לא מה שקרה באמת.

משמעותה של התובנה הזו היא שהמדענים לא הבינו נכון את האופן שבו עשרות הרי געש תת-ימיים עצומים יצרו יותר מחמישה  אחוזים מקרקעית הים הנוכחית של עולמנו. אכן נתקלנו בהר געש מסוג חדש לחלוטין.

אם מסיב טאמו או אחד מקרוביו יתפרץ שוב, הוא עלול להעלות את החומציות של האוקיינוס השקט ולהרוג שלל יצורים ימיים. התפרצות כזאת עלולה גם לשחרר כמויות גדולות של גזי חממה לאוקיינוס ולאטמוספרה. במבט אחורה אל העבר, נראה שהתפרצויות שאירעו בהר געש דומה, רמת אונטונג יאווה בדרום מזרח האוקיינוס השקט, חופפות לאירוע שבו שיעורי החמצן צנחו באזור רחב ידיים באוקיינוס. ולבסוף, למרות התרוממות הרוח שנוסכת בי המחשבה שאנחנו משכתבים את הסברינו על היווצרות קרקעית הים, אני נאלץ גם להכיר במציאות הבלתי מתפשרת: מסיב טאמו, שיצאו לו מוניטין של "חרוט המגן הגדול ביותר בכדור הארץ", אינו זכאי יותר לתואר הזה.

פליק-פלאק מגנטי
תופעת המגנטיות סיפקה רמז מכריע לאופן ההיווצרות של מסיב טאמו. הקוטביות של השדה המגנטי של כדור הארץ מתהפכת בהפרשי זמן בלתי סדירים; כל שינוי כזה מותיר את חותמו בסלעי קרקעית הים. מסיב טאמו התחיל להתפתח לפני כ-144-150 מיליון שנה, ותיעד כמה פסי קוטביות על גבי הר הגעש ובסביבתו.

תרשים שינויי קוטביות בכדור הארץ

איפה העוגה?

מסיב טאמו נוצר בהדרגה, בתהליך שנמשך כמה מיליוני שנים, לפני כ-145 מיליון שנה. במהלך התקופה הזאת השדה המגנטי של כדור הארץ התהפך כמה פעמים, במרווחי זמן בלתי סדירים, והותיר על הקרום האוקייני עקבות בדמות פסים מגנטיים, שמעידים על עברו.

המאמר הראשון שלי על ההיסטוריה המגנטית של מסיב טאמו התפרסם בשנת 1993, כשעבדתי באוניברסיטת טקסס A&M – שהייתה מקור השם "טאמו", ראשי תיבות של Texas A&M University (המילה "מסיב" מגיעה מהמילה הצרפתית   Massif, שפירושה המילולי הוא פשוט "מסיבי"). במאמרי הגעתי למסקנה שהר הגעש נוצר בהכרח בעקבות אירוע התפרצות אחד שנמשך זמן קצר: כדור מַגְמָה עצום בקוטר של כמה מאות קילומטרים התרומם מתוך המעטפת והתפשט על פני קרקעית הים. התפרצויות כבירות יצרו שטפונות של בזלת חמה שזרמו במורד המדרונות ההולכים ונערמים, ויצרו שכבה רחבה וקמורה קלות של קרקע ארצית חדשה.

כשהר הגעש שב ומתפרץ, הוא מוסיף שכבה חדשה, כך שעם הזמן מבנה ההר מזכיר עוגת שכבות: שכבת הבזלת הקדומה ביותר שוכנת בתחתית ושכבת הבזלת הצעירה ביותר למעלה. כך נוצרים בדרך כלל הרי געש מהסוג הקרוי "חרוט מגן" על היבשה. גם מומחים אחרים תפסו בצורה דומה את היווצרות הרמות האוקייניות הגדולות ביותר: אונטונג יאווה, ורמת קרגלן בדרום האוקיינוס ההודי.

להביט על טאמו מחדש
במשך שנים סברו המדענים שמסיב טאמו הוא חרוט מגן געשי קלאסי. אולם דפוס הפסים המגנטיים לאורכו אינו תומך בהשקפה הזאת. נתונים חדשים על אופן תנועתם של הלוחות הטקטוניים בזמן היווצרותו, לפני מיליוני שנים, מגלים שהמַגְמָה שפרצה ממעמקי האדמה יצרה סוג חדש של הר געש, כמו עוגה חד-שכבתית שנבצעה באמצעה.

תוואי קרקעית הים באזור ההרתוואי קרקעית הים באזור מסיב טאמו

פסי מגנטיות באזור מסיב טאמוהאזור המסומן בהגדלה. פסי מגנטיות

 

בשנת 2013, לאחר שאני ועמיתיי יצאנו לעוד כמה משלחות מחקר במטרה למפות יותר בפירוט את מסיב טאמו ולאסוף דגימות של סלעי הבזלת שלו, פרסמנו מאמר בכתב העת Nature Geoscience, שבו הראינו שמסיב טאמו הוא חרוט מגן אדיר ממדים. עד מהרה הכריזו כלי התקשורת שאנחנו המדענים גילינו את "הר הגעש הגדול בעולם".

התואר הנוצץ הזה גרם לי מאז ומתמיד להתכווץ. ניסיתי לומר לעיתונאים שלא גילינו את מסיב טאמו (הוא התגלה בראשית המאה ה-20) ושקיימות רמות אוקייניות גדולות יותר. אבל משהו נוסף הטריד אותי: דפוס הפסים המגנטיים לא התאים במיוחד למגן רחב שנוצר כמו עוגת שכבות.

אם תצפו מהחלל בקרקעית האוקיינוס השקט, מבעד לעדשות שמאפשרות לזהות מגנטיוּת, תראו שהיא מלאה פסים מקבילים. אבל בקרבת הר געש היינו מצפים למצוא כתם שמזכיר נתז גדול, מכיוון שהלבה הזורמת מהמרכז החוצה הייתה משבשת את הדפוס הזה. בהיעדר עדשות כאלה, עסקתי באיסוף נתונים על השדה המגנטי בים. רגע ה"אאוריקה!" שלי על הפלקור אירע כשהתחוור לי שאכן יש פס רציף ורחב לאורך מסיב טאמו.

מסיב טאמו נוצר בצומת משולש – אתר שבו נפגשים שלושה לוחות טקטוניים, כמו שלושה משטחים זוויתיים עצומים המתכנסים בנקודה יחידה. כששניים מהלוחות נפרדו והתרחקו זה מזה, נפער סדק לאורך הגבול שביניהם. מַגְמָה דלפה החוצה למלא את החלל, וכאשר התמצקה – הפכה לבזלת. כשהלוחות המשיכו להתרחק מהמרכז, הרצועה החדשה נקרעה בציר האורך שלה ונבצעה לשניים, ומַגְמָה חדשה יותר מילאה את החלל הטרי.

התהליך הזה חזר על עצמו שוב ושוב. מסיב טאמו לא נבנה כלל כמו עוגת שכבות. במקום זאת, דמיינו לעצמכם עוגה חד-שכבתית שנבצעת לשניים לאורך המישור שלה, ואת הסדק שנוצר באמצעה ממלאים בעוגה חדשה. ואז בוצעים שוב לשניים את העוגה שנוצרה, ממלאים את הסדק החדש בעוגה חדשה, וכן הלאה. אם נמלא את הסדקים ברצועות וניל ושוקולד לסירוגין, ייווצר עם הזמן דפוס של פסים. במסיב טאמו, פסים מגנטיים חיוביים ושליליים תואמים לדפוס כזה.

אולם ההסבר הזה סובל משתי בעיות פיזיקליות. הפסים ברביע הדרום מזרחי של מסיב טאמו נוטים בזווית של 90 מעלות נגד כיוון השעון. בדיעבד אני יכול להגיד שהסיבה לכך נראית כמעט מובנת מאליה. בשלב כלשהו, כשמסיב טאמו התפרץ, חתיכה מהלוח, בצד הצפון מזרחי, נשברה ונעה, ובתוך כך סובבה ב-90 מעלות מקטע הנמצא בקרבת הצומת המשולש. המקטע הזה הוא המקום שבו מסיב טאמו נוצר. ההבנה שהפס שעבר במורד גבו של מסיב טאמו היה חריגה מגנטית מתפשטת הייתה רגע ה"ד'ואו!" שלי.

איך נוצרו הפסים בהר הגעש?
לפני כ-149 מיליון שנה, שלושה לוחות טקטוניים מתחת לאוקיינוס השקט נפרדו זה מזה בצומת משולש (1), סמוך למקום שבו יצמח בהמשך מסיב טאמו. סדק שהלך והתרחב התמלא בקרום חדש. לפני 148 מיליון שנה בערך, במהלך היווצרותו של מסיב טאמו, הצומת המשולש דילג לכיוון צפון-מזרח, וחלק מהרכס על הגבול בין לוח פרלון ללוח הפסיפי חג נגד כיוון השעון והשתלב ברכס הפסיפי-איזנאגי (2). הסיבוב הזה גרם גם לפסים של מסיב טאמו להסתובב. לפני 144 מיליון שנה, אחרי שהר הגעש כבר לא התפרץ, הצומת נע שוב, מכיוון שלוח איזנאגי המשיך לנדוד (3). הפס הרחב במורד גב הר הגעש מלמד שההתפרצות התרחשה ברובה לאורך תקופה אחת של קוטביות הפוכה.

מפת ננר לפני 149.5 מיליון שנהמפות: קרייג טיילור, Mapzilla

מפת ההר לפני 148 מיליון שנה

מפת ההר לפני 144.5 מיליון שנה

הבעיה השנייה היא שבמודל העוגה החד-שכבתית, הגובה של כל רצועת עוגה חדשה שנוצרת צריך להיות שווה לזה של העוגה הנקרעת לאורכה. אולם מסיב טאמו עבה במיוחד באמצעו. אני סבור שהמבנה הזה התפתח מאחר שבשלב זה או אחר ההתכה במרכז התחזקה, ויצרה קרום גבוה יותר.

טאמו, סיבוב שני

עמיתיי ואני אספנו נתונים רבים מקרקעית הים וכן דגימות גלעין רבות, שנקדחו מסלעי בזלת באזור ההר, והממצאים הללו מסייעים לנו לשכנע מדענים אחרים בצדקתה של הפרשנות שלנו. ההבנה החדשה שרכשנו בנוגע למסיב טאמו מחוללת מהפכה באופן שבו אנו חושבים על הדרך שבה נוצרו רמות אוקייניות.

תצפיות שנעשו ברמות אוקייניות אחרות – רמות שיש לנו די והותר נתונים מגנטיים מהן כדי למפות את הפסים – מעידות שרבות מהן נוצרו בדרך דומה. רמות שהתפתחו במקומות שבהן לוחות נפרדו זה מזה הן בהכרח סוג חדש של הר געש. משמעות הדבר היא שההנחה המקובלת על הגיאולוגים, שלפיה רמות אוקייניות הן חרוטי מגן געשיים גדולים, שנוצרו על ידי זרמי לבה בזלתית – היא הנחה שגויה.

ההסבר הקודם: עוגת שכבות
חרוט מגן געשי – התיאור המקורי של מסיב טאמו – נוצר כמו עוגת שכבות. המעטפת החמה מתרוממת ומותכת מתחת לליתוספרה הקרה יותר. סדק אנכי מאפשר למַגְמָה חמה מתִמְרָת המעטפת לעלות מבעד לקרום האוקיינוס, להתפרץ, להתפשט על פני קרקעית הים ולהתקרר בצורה של כיפה נמוכה. התפרצויות נוספות בהמשך יערמו עוד שכבות במרוצת הזמן, ויבנו את הכיפה במבנה של עוגת שכבות.

תרשים מודל עוגת השכבותאיור: יאן כריסטיאנסן

מדוע טעינו בהתחלה? ולמה אמור לשנות לנו שמסיב טאמו איננו חרוט מגן קלאסי? טעינו מפני שהרי געש תת-ימיים מסתתרים מתחת לאלפי מטרים של מים, ולכן נאלצנו להרכיב תמונה מתוך רסיסי נתונים. תארו לעצמכם שאתם מנסים לשחזר דינוזאור כשכל מה שיש לכם זה שן ועצם של בוהן. אתם תנסו לשלב אותן בתוך מבנה המבוסס על מה שאתם יודעים על דינוזאורים אחרים, אולם אם ההנחות שלכם שגויות גם התמונה שתקבלו תהיה שגויה.

מסיב טאמו כבר איננו חרוט המגן הגדול ביותר על פני כדור הארץ, פשוט מכיוון שהוא איננו חרוט מגן. הנחנו שהוא נוצר כמו הרי געש אחרים, אבל זו הייתה הנחה גרועה. במקום זאת מצאנו משפחה חדשה של הרי געש – הסבר חדש לדרך שבה נוצרים מבני ענק על פני כדור הארץ. ויש עשרות מבנים כאלה מתחת לפני הים.

ההסבר החדש: עוגה חד-שכבתית
כשלוחות טקטוניים נפרדים, הם קורעים את הקרום ואת הליתוספרה, ופוערים סדק לאורך הגבול – כמו עוגה חד-שכבתית שנחתכת במרכזה וחלקיה מופרדים לאורך המישור שלה. מַגְמָה חמה מחלחלת למעלה כדי למלא את החלל ומתמצקת כקרקעית ים. כשהלוחות ממשיכים להתרחק זה מזה, הם משסעים גם את קרקעית הים החדשה, ופוערים סדק חדש שמתמלא במַגְמָה טרייה. התהליך הזה חוזר על עצמו שוב ושוב. כל פעם שסלע חדש מתקרר, הוא נושא בתוכו את החותם המגנטי של התקופה, כך שעם הזמן נוצרים פסים מגנטיים.

חתך רוחב עוגה חד שכבתיתאיור: יאן כריסטיאנסן

מדענים מנסים תמיד לפענח איך נוצרו דברים. זוהי מטרתנו – גם אם היא רומסת את ממצאינו הקודמים. ההבנה הטרייה שרכשנו על מסיב טאמו מאפשרת לי לומר, "סוף סוף פיצחנו את זה". משפט כזה אולי לא יפיק כותרת מפוצצת כמו "הגדול ביותר בעולם", אבל מבחינתי הוא הרבה יותר משמח.

תרגם: דוד מדר

פורסם במקור הגיליון מאי 2020 של כתב העת "סיינטיפיק אמריקן".

לקריאה נוספת

  • An Immense Shield Volcano within the Shatsky Rise Oceanic Plateau, Northwest Pacific Ocean. William W. Sager et al. in Nature Geoscience, Vol. 6, pages 976–981; November 2013.
  • Oceanic Plateau Formation by Seafloor Spreading Implied by Tamu Massif Magnetic Anomalies. William W. Sager et al. in Nature Geoscience, Vol. 12, pages 661–666; August 2019.

מארכיון סיינטיפיק אמריקן

  • The Secrets of Supervolcanoes. Ilya N. Bindeman; June 2006.

 

0 תגובות