עדויות ממשקעי מערות

אוצר בלב ההר

הנטיפים והזקיפים נוצרים בחללי מערות בעקבות חלחול מי גשמים שעוברים דרך שכבות קרקע וסלע. מערות נטיפים הן ברובן מערות המסה קרסטיות, שנוצרות בסלעי גיר ודולומיט כתוצאה מחלחול מי גשמים:  המים, שבאים במגע עם הסלע והקרקע שמעל המערה, סופחים פחמן דו-חמצני (CO₂) שמקורו ברקבובית שבקרקע, וכך נוצרת חומצה פחמתית (H₂CO₃). מי הגשמים שהופכים לחומציים, ממיסים את סלעי הגיר (קלציום קרבונט או קלציט, CaCO₃).

לאחר תהליך המסת הסלע ויצירת חללי המערה, מתרחש בחללים אלו תהליך הפוך –  השקעה של חומרי הסלע המומסים. הפחמן הדו-חמצני מתנדף מהטיפות עתירות המינרלים, שנתלות בתקרת המערה או מטפטפות לתחתיתה. הגיר שהיה מומס בטיפות שוקע לאיטו, בשכבות דקות, ובונה במערה נטיפים (מתקרת המערה כלפי מטה), זקיפים (מקרקעית המערה כלפי מעלה) ותצורות מרהיבות אחרות, כולן בעלות מבנה פנימי שמזכיר טבעות גידול שנתיות בעצים.

מדידת ההרכב האיזוטופי של חמצן ופחמן בטבעות הגידול של הנטיפים והזקיפים מאפשרת למדענים לשחזר את תנאי האקלים ששררו בזמן היווצרותם. הרכב החמצן שבמים תלוי במקור הגשמים, בכמותם ובטמפרטורה. ההרכב האיזוטופי של הפחמן נותן מידע לגבי סוג הצמחייה שמעל למערה.

חתך רוחב של נטיף או זקיף חושף רצף של שכבות, שנוצרו זו מעל זו לאורך זמן. את גיל החומר הבונה את הנטיף והזקיף ניתן לתארך באמצעות מדידת רמת ההתפרקות של היסוד הרדיואקטיבי אורניום לתוריום. המינרל הנפוץ במערות הקרסטיות, קלציט, מכיל ריכוזים מזעריים של היסוד אורניום. כאשר הקלציט שוקע, השעון הרדיואקטיבי מתחיל לתקתק. ככל שעובר הזמן ומתרחשת התפרקות של האורניום, כמות התוריום תעלה. כך, ככל ששכבת הגידול עתיקה יותר, היחס בין תוריום 230 לאורניום 234 יהיה גבוה יותר. באמצעות יחס זה יכולים החוקרים לקבוע את גיל הטבעות.

תיארוך שכבות הגידול של הנטיפים והזקיפים מלמד על קצב ההשקעה שלהם, ובעזרת נתונים אלה יכולים החוקרים להסיק מסקנות לגבי השינויים העונתיים במשטר הגשמים ובכמותם. במקרים מסוימים, שכבות דקות מאוד עשויות להצביע על תנאי יובש ובצורת, ואילו שכבות עבות יותר עשויות להעיד על תקופות המאופיינות בכמות גבוהה, ובעיקר רציפה, של משקעים.

לאט אבל בטוח

כל טבעת גידול נוצרת במשך עשרות, מאות ואפילו אלפי שנים. תהליך ההשקעה מתקדם בהדרגה, כתלות בכמות המשקעים ובכמות המים החודרים את הקרקע והסלע מעל המערה. בזמן שמים מחלחלים אל חלל המערה, הנטיפים והזקיפים גדלים בשכבות דקות ומבריקות. כאשר הנטיפים והזקיפים מפסיקים לגדול, החלק החיצוני שלהם מתלכלך ומתפורר, וזה משווה להם מראה עמום. תהליך יצירת הנטיפים והזקיפים איטי מאוד ותלוי בקצב הטפטוף. קצב הבנייה ה"מהיר" ביותר של נטיף אינו עולה בדרך כלל על שלושה מילימטרים בשנה.

כבד או קל, זה חשוב בכלל?

לאחר שלמדנו איך קובעים את גיל השכבות באמצעות תיארוך רדיואקטיבי, נעבור לשיטות שבאמצעותן ניתן ללמוד על תנאי האקלים שבהם שקעו השכבות. מדענים משתמשים במדד היחס בין איזוטופים "קלים" ו"כבדים" של חמצן (חמצן-16 וחמצן-18, בהתאמה). היחס בין שני סוגי האיזוטופים במים משתנה בהתאם לטמפרטורת האוויר, כמות הקרח הכוללת בעולם, מקור המים וכמות המשקעים המקומיים – כולם חלקים חשובים ב"פאזל" האקלים. היחס בין האיזוטופים נשמר במשקעי המערה, וכך אפשר להשתמש בו כדי ללמוד על תנאי האקלים ששררו בזמן היווצרות הנטיפים והזקיפים. באופן כללי, בתקופות מרובות גשמים ובתקופות חמות מושקעת טבעת גידול שמאופיינת בנוכחות גדולה יותר של איזוטופ החמצן הקל, ואילו בתקופות יבשות ובתקופות קרות מושקעת טבעת גידול שמאופיינת בנוכחות גדולה יותר של איזוטופ החמצן הכבד.

היחס בין האיזוטופים יכול ללמד גם על מקור הגשם. בדרום-מזרח ברזיל, למשל, מקור גשמי החורף הוא האוקיינוס האטלנטי, ואילו גשמי הקיץ מקורם באגן האמזונס. לשני סוגי הגשמים הללו יחס איזוטופים שונה, ויחס זה מתועד בנטיפים ובזקיפים. גם היחס בין איזוטופים של היסוד פחמן יכול ללמד רבות על האקלים שבו הושקע הנטיף ועל הצמחייה שבאזור.

היווצרות נטיפים וזקיפים במערות מושפעת משילוב של כמה גורמים, בהם הכימיה של מי התהום והגיאוגרפיה של האזור, ולכן תיעוד שנאסף ממערה אחת בלבד לא יכול לשמש עדות לשינויי אקלים. כדי לשחזר את האקלים הקדום ואת השינויים שחלו בתקופות שונות ברמה האזורית וברמה הגלובלית יש לחקור משקעי מערות בכמה שיותר מערות ובאזור נרחב, ולהצליב עדויות וממצאים ממקורות מידע שונים. רוב המידע על האקלים ששרר באזורנו מגיע ממערת אבשלום – מערת הנטיפים המתוירת ביותר בארץ. מידע על אקלים הנגב מגיע משרידי מערות רבות שנמצאות בצפון הנגב ובמרכזו. גם באזור ים המלח הצפוני והדרומי נמצאו מערות רבות שמספרות את סיפור אקלים מזרח הארץ.

מידע חשוב מגיע ממערת צלמון, שגילויה סייע לשחזור אקלים המזרח התיכון בחלקו הצפוני של בקע הירדן. חקר מערת צלמון מוסיף תובנות חשובות למידע שקיבלנו על אקלים בקע הירדן ומסייע בשחזור תמונת אקלים העבר הקדום של סוף תור הרביעון (שהחל לפני כשני מיליון שנה) באזורנו.

גאווה מקומית: מערת צלמון בעמק הירדן

באוקטובר 2013, במהלך עבודות סלילת כביש 65 בחלקו המזרחי של הגליל התחתון (ליד צומת גולני), בחלקה הצפוני של בקעת ים המלח, התגלתה מערת צלמון – מערה קדומה, מעוטרת בשלל נטיפים, זקיפים ותצורות השקעה יפות דמויות אלמוגים. מערת צלמון נמצאת על הגבול בין בקע ים המלח והגליל, ממש על "צומת הדרכים" בין האקלים הים-תיכוני לאזור 'מדבר צל גשם'. המערה מופתה על ידי רשות הטבע והגנים ונחקרה על ידי חוקרים מהמרכז לחקר מערות והמכון הגיאולוגי בירושלים.

מיקומה הייחודי של המערה והמידע שהתקבל מחקר המשקעים שבה אפשרו לחוקרים לשחזר את תנאי האקלים הקדום ואת התנאים ההידרולוגיים ששררו באזור במהלך התקופות הקרחוניות והבין-קרחונית. החוקרים גילו שהמשקעים במערה התהוו ברציפות לאורך כמה מחזורי הפשרה של קרחונים, מה שמצביע על כך שמים היו זמינים תמיד בתקופות אלה באזור צפון ים המלח.

הנתונים הללו תואמים לסברה, שבמהלך תקופת הקרח האחרונה התרחשה בישראל נדידה דרומה של מערכות הגשם, שגרמה להגברת הגשמים בחלק הצפוני של בקעת ים המלח ולתוספת מים מתוקים לאזור במהלך ה"יובש" היחסי של תקופת הקרח האחרונה. במרכז בקעת ים המלח ובדרומה, לעומת זאת, שררו תנאים יבשים יותר, שלא אפשרו יצירה רציפה של נטיפים וזקיפים. שילוב ממצאי מחקר זה ואחרים מצביע על כך שההשקעה העיקרית במערות שנמצאות במרכז בקעת ים המלח ובדרומה חלה בתקופות קרחוניות, ובעיקר באחרונה שבהן, שאופיינה באקלים לח שאפשר היווצרות משקעים במערות אף בדרום מדבר יהודה ולאורך מצוק ההעתקים.