מידע גלום בשכבות קדומות

סדימנטים – ארכיון האקלים של הטבע

שרידי יצורים שונים (למשל יצורים מיקרוסקופיים בעלי שלד גירני), גרגירי אבק, גרגירי אבקה ומינרלים שוקעים במי אגמים וביצות ומצטברים על קרקעיתם. משקעים אלה, המכונים סדימנטים, משמרים מידע על סביבת המים שבה שקעו, למשל מקור המים, טמפרטורת המים ומידת מליחותם, ובכך מאפשרים לחוקרים לשחזר את תנאי האקלים ששררו בזמן שקיעתם.

עדויות שנאספו ממחשופים גיאולוגיים ובאמצעות קידוח גלעינים מעומק סלעי משקע קדומים מספקות נתונים ומידע על טמפרטורה, מליחות, רמות חמצן, עוצמת אור, כיסוי קרח, מפלס פני הים וכדומה, וכן על ההיסטוריה של החיים על פני כדור הארץ. שינויים סביבתיים, המונעים על ידי האקלים או גורמים אחרים, משפיעים על התכונות הפיזיקליות והכימיות של חומרי המשקע בדרכים שונות, שמשמשות את המדענים לצורך ניתוח ותיארוך של חומרים קדומים ושחזור ההיסטוריה האקלימית של המקום שממנו נאספו.

ללמוד משהו חדש ממשהו ישן

מאובנים יכולים ללמד אותנו על הכימיה והטמפרטורה של מי הים. למשל, מאובנים של שלדי חוריריות (פורמיניפרה, יצורים זעירים שהם חלק מהפלנקטון) משמשים לקביעת הרכב המים וטמפרטורת המים בזמן שבו חיו. קביעה זו נעשית בעזרת מדידת הרכבים כימיים, למשל היחס בין היסודות מגנזיום וסידן או היחס בין איזוטופים. ההרכב האיזוטופי של חמצן, לדוגמה, משמש לקביעת ההרכב והטמפרטורה של מי האוקיינוסים, שמשתנים בין תקופות קרחוניות לתקופות בין-קרחוניות. ככל שמי הים קרים יותר, יחס האיזוטופים חמצן-16/חמצן-18 במים עולה, ולהפך.

מינרלים שונים ששקעו והצטברו בקרקעית האוקיינוסים יכולים להעיד על משטר הזרמים באוקיינוס ועל משטר הרוחות מעל פני המים. גודלם, עוביים וצורתם של חלקיקי המשקעים מאפשרים לקבוע האם החומר שנדגם הושקע ביבשה או מתחת לפני המים, באיזה כיוון זרמו הרוח או המים, האם המשקע הועבר ממקום אחר, ואם כן – מאיזה מרחק ובאילו תנאים. לדוגמה, גלים שמתנפצים על החוף מותירים אחריהם חלקיקי חול גסים, ואילו גרגרים קטנים מאוד מושקעים בתנאים שקטים. חקר הרכבו הכימי של אבק יבשתי שנמצא בסלעי משקע יכול ללמד על מקורו, ומכאן גם על הרוחות שהסיעו אותו מאתר המקור לאתר שבו שקע.

מסע "מקומי" במנהרת הזמן

ים המלח, המקום הנמוך ביותר על פני כדור הארץ (439 מ' מתחת לפני הים), הוא אחד המקורות החשובים לחקר אקלים העבר. המשקעים שהצטברו בו במשך מיליוני שנים, ובעיקר במאות אלפי השנים האחרונות, מאפשרים את שחזור האקלים ברזולוציית זמן גבוהה. אם היינו מטיילים לאורך בקע ים המלח בחלונות זמן שונים החל מלפני כ-2.6 מיליון שנה (תחילתו של תור הרביעון הגיאולוגי), היינו מוצאים את עצמנו מטיילים בין לגונת סדום ואגמי עמורה, סמרה, הליסן (הלשון), ים המלח והכינרת, גופי מים שהכילו תערובת של מים מליחים ומתוקים, שהתנקזו אליהם מכל שטח אגן הניקוז של ים המלח.

התנאים ההידרולוגיים ששררו אז באזור, שהוכתבו על ידי שינויי האקלים הגלובליים שהתרחשו בעבר הקדום, משתקפים ומתועדים בשכבות המשקעים. במשך הזמן הושקעו על קרקעית האגמים חומרים כמו מלח (הליט, "מלח בישול"), גבס (מינרל של קלציום סולפט) וארגוניט (מינרל של קלציום קרבונט), וכן גרגירים של כסות פני השטח (מה שאנו מכנים "קרקע"), שהובלו מאגן הניקוז אל האגמים. וכך, השכבות ששקעו זו על גבי זו במהלך השנים הארוכות, טומנות בחובן מידע על ההיסטוריה ההידרולוגית-אקלימית של האזור.

בתקופת הקרח האחרונה (לפני 70-14 אלף שנה), השתרע אגם קדום, אגם הלשון, שמפלסיו היו גבוהים ממפלס ים המלח המודרני, ובשיאו התפשט מהכינרת בצפון ועד חצבה בדרום. המשקעים שהצטברו בקרקעית האגם בנו את שכבת הסלע הקרויה תצורת הליסן. ניתוח שכבות המשקעים מאפשר שחזור של תנאי הסביבה (אקלים, רעידות אדמה) ששררו באזור בפרק הזמן שבו התקיים האגם.

במסגרת שיתוף פעולה בינלאומי של חוקרים מישראל, ארה"ב, גרמניה, שוויץ, יפן ונורווגיה (ובחסות הארגון המדעי העולמי לקידוחים מדעיים יבשתיים, ICDP*) בוצע בשנת 2010 קידוח מדעי בלב הקרקעית העמוקה של ים המלח. הקידוח חדר לעומק של 465 מ' מתחת לפני קרקעית האגם, ואפשר, בעזרת שיטות מדעיות מגוונות, את שחזור התנאים ששררו בו ב-220 אלפי השנים האחרונות ואת תנאי האקלים ששררו באגן הניקוז כולו.

International Continental Scientific Drilling Program*

 

על פי ממצאי ניתוח רצפי המלח של קידוח זה, ונתונים שנאספו במחקרים אחרים, שוחזרו חלקים ב"פאזל" ההיסטוריה האקלימית. לדוגמה, נקבע שמפלסי האגמים היו גבוהים בתקופות קרח ונמוכים בתקופות בין-קרחוניות. בתקופת הקרח האחרונה (לפני 14 עד 70 אלף שנה), למשל, אגם הליסן מילא אזורים נרחבים של בקע ים המלח והמפלס שלו עלה במאות מטרים מעל המפלס העכשווי. לפני 27-24 אלף שנה עלה מפלס אגם הליסן לכ-170 מטרים מתחת לפני הים והתלכד עם ים הכינרת. אולם, ברוב תקופת הרביעון היו אגמים אלה נפרדים: אגם הכינרת, הכמעט מתוק (שבו הושקע המינרל הקרבונטי קלציט), ואגם הליסן וים המלח המלוחים, שבהם הושקעו ארגוניט, גבס ומלח.

מממצאי הקידוחים אפשר גם ללמוד על תקופות שבהן התחוללו בעבר הרחוק שינויי אקלים חדים. למשל, בתקופות שבהן התקיימו אירועי המסה וקריסה של שולי הקרחונים בחצי הצפוני של כדור הארץ, ירדו מפלסי אגם הליסן בצורה משמעותית, ועם התאדות המים הושקעו באגמים שכבות רצופות של גבס. נמצאו עדויות גם לאירועי בצורת משמעותיים, למשל בתקופה הבין-קרחונית האחרונה, לפני כ-120 אלף שנים, ובמעבר בין תקופת הקרח האחרונה להולוקן. בתקופות אלה שקעו כמויות גדולות של מלח באגמים.

גלעין הקידוח (שבתמונה להלן) מייצג את משקעי אגם הליסן מלפני 25,000 שנה ומציג כאלף שנים של הצטברות משקעים בקרקעית. תקופה זו מתחילה בריבוי גשמים באזור ומסתיימת בירידה ניכרת בכמות המשקעים. התמעטות המשקעים הושפעה מהתקררות ניכרת של הים בצפון האוקיינוס האטלנטי.  זוהי עדות להשפעת שינוי האקלים הגלובלי שהתרחש באותה תקופה על האקלים המקומי.

גלעיני סלעי המשקע נקדחים מקרקעית האגם. המדענים פורסים את גלעיני סלעי המשקע וחוקרים, בין השאר, את הרכבם הכימי. דגימה וניתוח של חומרים אלה מאפשרים לחוקרים לשחזר מה היו תנאי הסביבה ששררו באזור. בתמונה, כל זוג שכבות מייצג שנה אחת בחיי האגם. השכבות הבהירות מייצגות את העונה היבשה (קיץ), שבה שוקע באגם חומר גירני (המינרל הקרבונטי ארגוניט). השכבה הכהה היא שכבה של חומרי סחף שמגיעים משיטפונות החורף. על פי עובי השכבות השונות ניתן לדעת מתי חלו אירועי שיטפונות משמעותיים. כך, למשל, שכבות כהות עבות מעידות על תקופת שיטפונות ושכבות כהות דקות הן עדות לתקופות יבשות שבהן חל אידוי מוגבר.

אגן הניקוז של ים המלח הוא גם האזור שאליו היגר המין האנושי בעת היציאה מאפריקה. זה גם היה ביתם של עמים מהתקופה הפליאוליתית ועד העידן המודרני. מחקרים על מקטעי שכבות משקעים שנחשפו בשולי ים המלח תרמו מידע יישומי חשוב לשחזור האקלים הקדום, כמו גם לסוגיות נוספות בעלות השלכות אזוריות וגלובליות, כגון ההיסטוריה האנושית של האזור ופעילות האדם בו. אפשר, למשל, להסביר את חדירת טיפוסים שונים של אדם לאזורנו בתקופות פרהיסטוריות בעזרת "חלונות" אקלימיים, המתבטאים במשקעי מערות שנחקרו במדבר יהודה ובנגב.