תעלומת החלודה הירוקה

מדענים ממכון ויצמן משערים שהחלודה ששקעה לקרקעית האוקיינוסים לפני מיליארדי שנים הייתה “חלודה ירוקה” – מינרל המבוסס על ברזל שייתכן כי היה נפוץ יותר בעבר. 

סלעי המשקע בכדור-הארץ אולי קשים כאבן, אך הברזל המצוי בהם היה בעבר חלק מתמיסת מי הים. כיצד הפך הברזל מחומר מומס למחצב קשיח? ד”ר איתי הלוי, וקבוצת המחקר שלו במחלקה למדעי כדור-הארץ וכוכבי-הלכת במכון ויצמן למדע, מעלים את ההשערה שה”חלודה” הקיימת במי האוקיינוסים, אשר שקעה לקרקעית הים לפני מיליארדי שנים, הייתה “חלודה ירוקה” – מינרל מבוסס על ברזל, שכיום הוא נדיר למדי – אך ייתכן שהיה נפוץ יותר בעבר.

ידוע שמימי האוקיינוסים הקדומים הכילו ברזל מומס, דבר המצביע על ריכוזים נמוכים מאוד של חמצן חופשי (O₂) בכדור-הארץ באותם עידנים. שאם לא כן, הברזל והחמצן היו מגיבים זה עם זה, והיו יוצרים יחד תחמוצות ברזל – משקעים אדמדמים שכל מי שהשאיר זוג אופניים בגשם, מכיר היטב. כיום, אומר ד”ר הלוי, ברזל עובר מהיבשה למימי האוקיינוס כחלקיקי תחמוצת קטנטנים ובלתי-מסיסים, באמצעות מֵי הנהרות. אך יצירת משקעים בדרך זו יכלה להתחיל להתרחש רק לאחר שהצטבר מספיק חמצן חופשי באטמוספירה, דבר שאירע לפני כ-2.5 מיליארד שנה. לפני כן, כאשר נוכחות החמצן בסביבה הייתה דלה מאוד, היו האוקיינוסים עשירים בברזל. אלא שעם הזמן לא נותר הברזל המומס במים, אלא יצר תרכובות בלתי-מסיסות עם יסודות כימיים אחרים, ושקע לקרקעית האוקיינוס בתהליך הדרגתי שתוצאותיו הן היווצרות מחצבי הברזל המוּכרים לנו כיום.

האפשרות שתרכובות בלתי-מסיסות אלה היו המינרל המכונה “חלודה ירוקה” עלתה בדעתו של ד”ר הלוי בעת שעבד על מחקר הדוקטורט שלו, שבמסגרתו ניסה ליצור במעבדה את התנאים ששררו על כוכב-הלכת מאדים בשלבי קיומו המוקדמים, כולל משקעי הברזל האדומים-חלודים האופייניים שלו. “במערכת שיצרנו, נוצר חומר ירוק שלא זיהינו בתחילה, ובעקבות חשיפתו לאוויר הוא שינה במהירות את צבעו לכתום”, הוא אומר. בניסויי המשך הוא גילה שהחומר הוא “חלודה ירוקה”, מינרל נדיר מאוד כיום בכדור-הארץ, בשל זיקתו החזקה לחמצן: בתנאים הקיימים כיום על פני כדור-הארץ הופך המינרל במהירות לחלודה האדומה והמוּכרת. לעומת זאת, שיער ד”ר הלוי, בסביבה ענייה בחמצן בעידנים הקדומים הוא יכול היה להוות אמצעי מרכזי להובלת הברזל המומס ולהיווצרות תרכובות מוצקות אשר שקעו בתחתית הים.

תמיכה בסברה זו מגיעה מאיזור סוּלאוֶוזי (Sulawesi) שבאינדונזיה, שם נוצרת כיום “חלודה ירוקה” באגם מטאנו, שמימיו עשירים בברזל ועניים בחמצן – ובכך הם דומים למי האוקיינוסים של כדור-הארץ הקדום. כדי לבחון את האפשרויות שעלו מהניסויים ולעמוד על חשיבותם, יצרו ד”ר הלוי וחברי קבוצתו מערכת המדמה עד כמה שאפשר את התנאים ששררו באוקיינוס נטול-החמצן של עידן הפריקמבריום. ניסוייהם הראו, שלא רק שהמינרל “חלודה ירוקה” נוצר בתנאים אלו, אלא גם שאם מאפשרים לו, הוא עשוי להפוך עם הזמן למינרלים המוּכרים מתצורות ברזל מעידן הפריקמבריום, שהם תחמוצות נושאות-ברזל, פחמות (קרבונטים) וסיליקטים.

האם המינרל “חלודה ירוקה” יכול היה להיות המנגנון העיקרי של קיבוע ברזל והוצאתו מתמיסת מי הים הפריקמברית? ד”ר הלוי וחברי קבוצתו פיתחו מודלים לתיאור מחזור הברזל באוקיינוסים הקדומים של כדור-הארץ, כולל אפשרות היווצרותה של “חלודה ירוקה” ותחרות עם מינרלים מובילי-ברזל אחרים אל קרקעית הים. ניתוח תוצאות המודל מעלה את האפשרות, שאכן, למינרל זה היה תפקיד מרכזי במחזור הברזל בכדור-הארץ הקדום, והברזל ב”חלודה הירוקה” הפך עם הזמן למינרלים שאפשר למצוא בשכבות גיאולוגיות. “מובן שזו הייתה דרך אחת מבין כמה ליצירת מחצבי ברזל, בדיוק כפי שכיום יש כמה תהליכים המעורבים ביצירת משקעים באוקיינוסים”, אומר ד”ר הלוי. “אבל למיטב הבנתנו, ‘חלודה ירוקה’, ככל הנראה, העבירה כמות נכבדה של ברזל למשקעים הקדומים ביותר שנוצרו בקרקעית האוקיינוסים”.

#מספרי_מדע

עד לפני כ-2.4 מיליארד שנה, כשהופיע חמצן באטמוספירה של כדור הארץ, יותר ממחצית מהברזל שנכנס לאוקיינוס שקע, כנראה, כחלודה ירוקה.