חוקרים מהמכון הגיאולוגי לישראל זיהו מחזורי אקלים והשפעותיהם על הצטברות חול וחרסית בקרקעית הים התיכון, תוך שילוב ממצאים היסטוריים ותיאוריה אסטרונומית
ד"ר יואב בן דור, המכון הגיאולוגי לישראל
כמאה שנים חלפו מאז פרסם איש האשכולות, המדען, המהנדס, והאסטרונום הסרבי מילוטין מילנקוביץ' את רעיונותיו פורצי הדרך בדבר האופן שבו משפיעים שינויים קלים במסלול כדור הארץ בחלל על האקלים של כדור הארץ. באותם ימים ובמהלך התקופה שקדמה להם החלו להתפרסם עדויות מרחבי אירופה, ובהמשך גם מה"עולם החדש", שהצביעו על האפשרות שחלקים ניכרים משטחי היבשות בחצי הכדור הצפוני של כדור הארץ היו מכוסים בעבר בשכבה עבה של קרח. סלעים אדירים שנחו על גבי מישורים מפולסים, אגמים עגולים ועמקים רחבים המאופיינים בצורת האות U, הביאו חוקרי טבע מאסכולות שונות לטעון שמסות גדולות של קרח עיצבו את הנוף הדומם, אך נעלמו זה מכבר. מובן שבאותם ימים לא הייתה בידי המדענים היכולת לקבוע את גיל התופעה (או במינוח המקצועי, "לתארך" אותה), אך מעיון היסטורי בכתבים שונים, וכן ממחקר ארכאולוגי של שרידי פעילות אנושית, ברור היה שמדובר בפרקי זמן ארוכים בני אלפי שנים, הנמתחים אל מעבר לגבולות ההיסטוריה האנושית. יחד עם זאת, החוקרים עמדו חסרי אונים מול הנסיון להסביר כיצד תופעה כזו אפשרית, ופעמים רבות פרסומים שעסקו בהיבטים אלו נזנחו או נחשבו לחריגים. היבטים רבים מתחומי הידע האנושי באותה עת היו עדיין בראשית דרכם, וסוגיות שונות שנראות לנו היום ברורות, כמו גיל כדור הארץ וגיל מערכת השמש עדיין היו הרבה מחוץ לתחום הידע המוכר.
הרעיון המהפכני שהציע מילנקוביץ' בנוגע לשינויי אקלים, הבשיל במוחו במהלך מעצר ממושך שנגזר עליו כאזרח סרבי שנקלע לשטחי האימפריה האוסטרו-הונגרית בימי מלחמת העולם הראשונה. ביסודה של התיאוריה עומדת ההבנה כי שינויים זעירים במסלולו של כדור הארץ בחלל, הבאים לידי ביטוי בזווית הנטייה של ציר סיבוב כדור הארץ ביחס למישור המילקה (המישור עליו נע כדור הארץ ביחס לשמש), בכיוון אליו מצביע ציר הסיבוב (לאיזה כוכב מצביע הצפון), ובמידת האליפטיות של מסלולו סביב השמש, הם שמשפיעים על זוית וכמות הקרינה שמגיעה אליו מן השמש וכתוצאה מכך גורמים לשינויים דרמטיים באקלים כדור הארץ. באופן כזה, הציע מילנקוביץ', הבדלים בכמות הקרינה שכדור הארץ מקבל מדי שנה, והבדלים בכמות הקרינה שמקבלת כל המיספרה (חצי הכדור הצפוני או הדרומי) משנים את טמפרטורת כדור הארץ בטווחי זמן של אלפי שנים. תהליכי חימום וקרור של איזורים שונים בכדור הארץ, הנמשכים אלפי שנים, גורמים בסופו של דבר להתפשטות ולהתכווצות השטח המכוסה בקרח-עד (כיפות הקרח סביב הקטבים) ולהופעתם המחזורית של עידני קרח. נקודת המפתח, לפי הרעיון של מילנקוביץ', היא קירור של חצי הכדור הצפוני באופן שמאפשר לחזית השלג להתפשט דרומה ולשרוד עד לחורף הבא, מבלי שיימס במהלך הקיץ. השלג שמצטבר הופך לקרח, אשר בתורו תורם לקירור ולהפחתת הקרינה, וזאת מכיוון שקרח מחזיר קרינה לחלל באופן יעיל יותר מיבשה או מים, כך שעם התפשטות כיפות הקרח חלה התקררות נוספת, וזו בתורה מאפשרת הצטברות של קרח נוסף שתורמת לחיזוק התהליך. תהליך מסוג זה ידוע בתור משוב חיובי, בו כל אחד מהשלבים בתהליך תורמים זה לזה, כך שהתהליך "מגביר את עצמו". מילנקוביץ' ערך את החישובים בהתאם לידע הקיים על מסלול כדור הארץ, והגיע למסקנה שהאקלים של כדור הארץ "פועם" בהתאם למחזוריות ולקצבים שמוגדרים על פי התנועה של כדור הארץ בחלל. למרבה הצער, מילנקוביץ' הלך לעולמו לפני שהתיאוריה שלו אומצה על ידי הקהילה המדעית, היות שבעת ההיא טרם היו בידיה הכלים המדעיים להוכיח או לסתור אותה. מעבר למגבלות השפה, אשר נפתרו במידה רבה הודות לתרגום של כתביו לאנגלית באוניברסיטה העברית בירושלים, עיקר הקושי של הקהילה המדעית לקבל את התיאוריה של מילנקוביץ' על הקשר שבין תנועת כדור הארץ בחלל ועידני הקרח היתה חוסר היכולת לקבוע את גילם של סלעי משקע שטומנים בחובם מידע אקלימי. יחד עם זאת, מאז פרסומה של התיאוריה נמצאו לה אישושים רבים במשקעי מערות ואגמים ואף בחומרי סחף שמצטברים בקרקעית הים. בשנת 1976 פרסמו שלושה חוקרים בהובלת J.D. Hays מחקר פורץ דרך בו ניתחו חתך משקעים מהאוקיאנוס האטלנטי שנדגם באמצעות קידוח, ומכסה כחצי מליון שנים מההווה (כלומר, בקידוח הוצאו מקרקעית הים חומרי משקע שגילם נע בין 500,000 שנים לפני ההווה ועד היום). בחתך המשקעים שנדגם בקידוח, מצאו החוקרים שלדים של יצורים זעירים (פלנקטון), אשר קולטים לתוכם יסודות חיוניים מתוך מי האוקיאנוס. החוקרים קבעו את גיל המשקעים בחתך שהוצע מהקידוח, וכן מדדו את ההרכב האיזוטופי של חמצן בשלדי היצורים, וזיהו מחזוריות ברורה המאופיינת במספר משכים (אורכי גל) של כ-100, 42 ו-23 אלף שנים. מציאת עדות כה חותכת למחזוריות עקבית בחתך משקעים בלתי תלוי שהצטבר בקרקעית הים סיפקה הוכחה ברורה להשפעה של מאפייני התנועה האסטרונומית של כדור הארץ על האקלים הגלובלי. תפיסה זו אף הולכת ומתחזקת מאז הודות לממצאים נוספים רבים מאתרים שונים בעולם, לרבות ריכוזי הפחמן הדו חמצני שנמצא בבועות גז בגלעיני קרח בגרינלנד ובאנטארקטיקה.
על אף ההשפעה הברורה של תנועת כדור הארץ על האקלים, הקשר בינה ובין תהליכים אחרים ומורכבים על פני כדור הארץ אינו תמיד ברור, ומחזורי מילנקוביץ משמשים אותנו להוכיח את תפקיד המחזוריות האקלימית הזו בתהליכים שונים. דוגמא להשפעתם של שינויי אקלים על סלעי משקע שהצטברו מול חופי ישראל במהלך 5 מליון השנים לפני ההווה פורסמה לאחרונה על ידי שלושה חוקרים מהמכון הגיאולוגי לישראל (סירוטה, בן דור וגבירצמן) בעיתון המדעי Basin Research. עיתון זה עוסק באגנים סדימנטריים, אשר מהווים מקומות נמוכים שבתוכם מצטברים חומרים המכונים משקעים (או סדימנטים) שברבות הימים מתקשים והופכים לסלעים המכונים סלעי משקע (סלעים סדימנטריים). חלק ממשקעים אלו מגיעים מיבשה סמוכה באמצעות נהרות ונחלים (סחף של חול ובוץ) וחלק נוצרים בים עצמו, למשל, משלדים של בעלי חיים או מלח וגבס השוקעים ישירות מגופי מים מאוד מלוחים.
החוקרים ניתחו את הנתונים שהתקבלו מקידוחי הגז שמול חופי ישראל, באגן הלבנט (המרחב הימי שבין ישראל, מצרים וקפריסין), בו מרבית חומרי המשקע הם אלו שהגיעו מהיבשות הסמוכות. החוקרים מצאו שכמויות החול והחרסית, משתנות חליפות, ומצביעות על שינויים בחשיבות התהליכים שמספקים חומרי משקע לאגן הלבנט. מטרת המחקר היתה להבין מה מקורם של חילופין אלו – עד כמה הם מושפעים מגידול מניפת הנילוס, אחד מהנהרות הגדולים בעולם שמנקז את החלק הצפון מזרחי של יבשת אפריקה ועד כמה הם מושפעים משינויי אקלים העבר.
"הצלחנו לכמת את תפוצת החול בסדימנט שהצטבר במזרח הים התיכון בחמשת מיליוני השנים האחרונות, ורצינו לבדוק את הקשר בין השינויים שמצאנו בין כמות החול והחרסית (בוץ דק גרגר) והתהליכים שהשפיעו על המרחב", אומר ד"ר עדו סירוטה, חוקר במכון הגיאולוגי לישראל, שהוביל את המחקר. "מכיוון שעיקר הסדימנט שממלא את מזרח הים התיכון מגיע מהנילוס, השינוי בתפוצת החול לאורך השנים, מעיד על שינוי באופי הסחף שמובל ממקורות הנילוס באפריקה המשוונית ומהרמה האתיופית אל הים התיכון, מרחק של כ-7000 ק"מ. רצינו במיוחד לבדוק מהם התהליכים שמאפשרים הובלה של כמויות חול משמעותיות במרחב הימי למרחק של מאות קילומטרים מפתח הנהר". את המחקר הוביל ד"ר סירוטה בשיתוף עם ד"ר יואב בן דור, במעבדת המחקר של פרופ' זהר גבירצמן. ד"ר בן דור מתמחה בניתוח של סדרות זמן (נתונים המסודרים ברצף סדור על פי מועד הופעתם), וסייע בעיבוד הנתונים ובניתוחם באמצעות כלים חישוביים. "הניתוח של סדרות הזמן היווה אתגר לא פשוט", מסביר ד"ר יואב בן דור. "הנתונים לא תמיד היו שלמים או מסודרים באופן אחיד בקידוחים השונים, ונדרשנו לנתח, להבין ולהכין אותם עוד לפני שיכולנו לחקור אותם. לאחר עיבוד מקדים בחנו את הנתונים במספר שיטות מתחום סדרות הזמן כדי להבין את הדפוסים המרכזיים של המחזוריות ואת המובהקות הסטטיסטית שלהם (עד כמה ניתן "לסמוך" על התוצאות, או שעלינו לחשוד שהופיעו באופן מקרי)".
במעבדת המחקר של פרופ' זהר גבירצמן במכון הגיאולוגי לישראל מתמקדים במחקר של אגנים סדימנטריים ושל אגן הים התיכון בפרט מזה שנים רבות. "חקר אגנים סדימנטריים הוא מחקר תשתיתי שמשפיע על תחומים רבים בגיאולגיה תיאורטית ויישומית. למשל, הבנת התהליכים שעיצבו את קרום כדור הארץ באזורים שנמתחו בעבר הרחוק כתוצאה מפעילות של לוחות טקטוניים, הבנת מסלול התנועה של גלים סייסמים (גלים הנושאים אנרגיה) של רעידות אדמה, מציאת מרבצי גז ונפט, הערכת סיכונים גיאולוגיים שעלולים לקרוע תשתיות כמו צנרת גז או כבלי תקשורת, ועוד נושאים שעולים מעת לעת, כמו למשל הטמנת עודפי פחמן דו חמצני במעמקי האדמה", פרופ' גבירצמן מוסיף. "במחקר הנוכחי רצינו להבין את התהליכים גיאולוגיים ששולטים על הובלת חולות לאורך מאות ואלפי קילומטרים במרחב הימי. עד לאיזה מרחק ינדוד החול על קרקעית הים וכיצד זה תלוי בדינמיקה של נהרות ובשינויי אקלים".
במסגרת התקופה שנבדקה, הכוללת את תקופות הפליוקן והפלייסטוקן (בין 5.3 מליוני שנים לפני זמננו ועד היום), זיהו החוקרים דפוסים אופייניים ל"מחזורי מילנקוביץ'", בעלי מחזוריות אופיינית של 100 ו-400 אלפי שנים. זיהוי התופעה המחזורית בשכבות שהצטברו בקרקעית הים התיכון לפני זמן כה רב ממחיש את הקשר בין התיאוריה של מילנקוביץ' בדבר כמות הקרינה המגיעה לכדור הארץ ועידני הקרח ובין הדינמיקה של הובלת סדימנט בנהרות גדולים דוגמת הנילוס. למעשה, על סמך זיהוי המחזוריות האקלימית הציעו החוקרים כי תפוצת החול באגן הלבנט מושפעת ישירות משינויים מחזוריים במאפיינים ההידרולוגיים של הנילוס שמקבל את מימיו מהגשם שיורד ברמה האתיופית, ומושפע בתורו משינויים בדפוסי האקלים העולמי לאורך עידנים גיאולוגיים בהתאם לשינויים בכמות ובפיזור הקרינה שכדור הארץ מקבל. השונות ההידרולוגית הזו מיתרגמת לשינויים בספיקת החול שמובל על ידי הנהר אל מזרח הים התיכון. ההתקדמות של תהליכים אקלימיים שמקורם ברמת האתיופית, דרך הסעת הסדימנט לאורך אלפי ק"מ, ועד למזרח הים התיכון מראה את החשיבות של חקר חתכים סדימנטריים בהבנת הקשר שבין אקלים כדור הארץ ומערכות גדולות של הסעת סדימנטים, אשר בתורן משפיעות גם כן על האקלים, דרך תהליכים של צבירת פחמן וסילוקו מהאטמוספירה.
בנוסף לשינויים המחזוריים בין חול לחרסית שהתגלו ברוב החתך שנבדק, בחלק העליון של נמצאה יחידת חול רחבת תפוצה המעידה על התקדמות הדלתא של הנילוס לתוך אגן הלבנט, ועל האופן שבו הנוכחות של נהר גדול בסמוך לאגן ההשקעה משפיעה על הצטברות של חומרי סחף. החוקרים חישבו ומצאו כי נהר כמו הנילוס מביא ל"טשטוש" של חלק מהאות האקלימי בתהליך ההובלה של הסדימנט, ועל כן לא נצפו בחתך המשקעים מחזורים קצרים, של פחות מ40 אלף שנים, בעוד שמחזורים ארוכים של 100 ועד 400 אלף שנים נשמרו בצורה טובה.
איור 5: המחזורים המרכזיים שזוהו בקידוחים השונים באגן הלבנט. מחזורים קצרים אינם בולטים בגלל תהליכי ההובלה של הסדימנט שמביאים ל"טשטוש" בתהליך ההובלה מהנילוס לאגן, בעוד שהמחזורים הארוכים נשמרים בחתך המשקעים בצורה טובה. מתוך Sirota et al., 2024.
נוסף על התגלית המרעישה של מחזורים אקלימיים בתקופה זו במרחב, זהו המחקר הראשון שתעד את הבוץ של קרקעית אגן הלבנט מעבר למספר המטרים העליונים, שכבר נדגמו במספר מחקרים קודמים. החתך הסדימנטרי שנבדק כאן עד לעומק של כמה מאות מטרים, הוא עדות ראשונה על התהליכים שהזינו את אגן הלבנט בחול ובחרסית במשך 5 מליון השנים האחרונות, היינו שילוב של נהר גדול ושינויי אקלים. החוקרים מציינים כי עצם הזיהוי של "מחזורי מילנקוביץ'" בתקופה כה קדומה, בפליוקן (2.6-5.3 מ"ש), מהווה תרומה חשובה למאגר הידע האנושי על האקלים והסביבה.
למידע נוסף על המחקר הנערך במעבדה של פרופ' זהר גבירצמן במכון הגיאולוגי לישראל
עוד בנושא באתר הידען:
`
תגובה אחת
מענין וחשוב,
ובכל זאת ראוי כי החוקרים המכובדים לא יבלבלו במושגים
בין עידן לתקופה , שכן מקובל כי כדור הארץ נכנס לעידן-קרח
לפני כ 35מיליוני שנים אחרי שאנטארקטיקה כבר ״ישבה״ על הקוטב הדרומי
ואחרי שאסיה אירופה ואמריקה ״סגרו״ על הקוטב הצפוני,
מצב שהביא להצטברות קרחונים בקטבים שפשטו דרומה וצפונה,
בגלל מחזור מילנקוביץ הקרחוני נסוגים בתקופות חמות,
תקופות לא ״עידן״ , הבלבול במושגים נפוץ
וראוי כי חוקרים מלומדים לא יטעו בו…