בקעת תִּמְנָע היא בקעה בשוליים המערביים של הערבה הדרומית, כ-25 קילומטר מצפון לאילת. הבקעה, שלהּ צורת פרסה, משתרעת על שטח של כ-60 קילומטר רבוע, ותחומה במצוקים תלולים בשלושה מצדדיה. היא מנוקזת על ידי נחל תמנע בצפון ונחל נחושתן בדרום, הזורמים לערבה שממזרח לה. במרכזהּ מתרומם הר תמנע לגובה של 453 מטרים. באזור שורר אקלים מדברי קיצוני.
גאולוגיה.
בקעת תמנע היא חלון גאולוגי שבו נחשפים סלעים מגוונים המכילים מינרלים דוגמת נחושת, ברזל, מנגן ועוד. בבקעה סלעים מגמתיים, סלעי משקע יבשתיים וימיים ומשקעי סחף.
היסטוריה גאולוגית.
בקעת תמנע נמצאת בקצהו הצפוני של השילד הערבו-נובי שנוצר בסוף עידן הפרקמבריון. תהליכי התגבשות המאגמה בתמנע יצרו סלעים פלוטוניים גסי גביש כמו גרניט, סיאניט וגברו. התרוממות האזור לפני כ-550 מיליון שנה לוּותה בסחיפה אינטנסיבית, שבעקבותיה נחשפו חלק מסלעי היסוד המגמתיים הקדומים. על גבי הסלעים שנחשפו הורבדה שכבה עבה של אבני חול על ידי נחלים שזרמו ממזרח למערב. אבני החול הללו הושקעו החל מתור הקמבריום. מעל אבני החול נחשפו דולומיט חולי ופצלים, המצויים גם על פסגת הר תמנע ובמחשופים שלאורך נחל תמנע. סלעים אלו הקרויים "תצורת תמנע", הורבדו במהלך הצפה ימית שהגיע עד אזור אילת בקמבריום התחתון. יחד עם תצורת תמנע הושקעו גם מינרלים של נחושת. לאחר מכן החלה תקופה ארוכה של פעילות בליה וסחיפה. לפני כ-320 מיליון שנה (קרבון תיכון) החלה הרבדה מחודשת של אבני חול לבנות וצבעוניות, הקרויות תצורות אמיר, עברונה וסמר. מגוון הצבעים נובע מחדירת תמיסות עשירות בברזל ונחושת אל תוך אבני החול.
שכבות סלעי משקע ימיים בעובי כולל של כ-800 מטרים, המכילות מאובנים רבים, מעידות על הצפת האזור על ידי ים תטיס. הים, אשר התקדם מאזור צפון מערב, הגיע לאזור תמנע לפני כ-100 מיליון שנה (קנומן). הצפה זו נמשכה עד לפני כ-40 מיליון שנה (אאוקן) ובמהלכן הורבדו בעיקר סלעי גיר, דולומיט, חוואר, חרסית, קירטון, פוספוריט וצור. תהליך ההתרוממות של האזור בסוף תקופת האאוקן הביא לנסיגתו של ים תטיס. סלעי המשקע הימיים נחשפו והחלה תקופה ארוכה של בליה יבשתית שבמהלכה נסחפו מרבית הסלעים שהיו בחלקו העליון של החתך הימי. מרבית ההעתקים המצויים בבקעת תמנע הם מבני שוליים הקשורים לתהליכי השבירה של השבר הסורי-אפריקאי, שהחלו לפני פחות מ-20 מיליון שנה ונמשכים עד היום. ההתרוממות והביקוע יצרו בסיסי סחיפה נמוכים סמוך לתמנע ממזרחה. שקיעת מרכז בקע הערבה, שגרמה לירידה הדרגתית של בסיסי הסחיפה של נחל תמנע ונחל נחושתן, יצרה מפלסי סחיפה והשקעה של קונגלומרטים.
היווצרות הנחושת בבקעת תמנע.
מחשופי נחושת נמצאים בתמנע בשלוש שכבות: בסלעים מגמתיים בדייקים, בסלעי הדולומיט בהם שכבות או עורקים של נחושת עם מנגן, ובאבן החול הלבנה שם הנחושת נמצאת ספוגה בסלע או בתרכיזים המגיעים ל-40% נחושת. הנחושת בסלעים המגמתיים בהר תמנע, נוצרה בפעילות הידרותרמית, שהתרחשה לקראת סיום הפעילות המגמתית. תמיסות עשירות במינרלים התקררו והביאו להצטברות נחושת ומנגן בסלעים פורפיריים וולקניים שנוצרו באותה תקופה. בין הסלעים המגמתיים שבמרכז הר תמנע מצויים עורקים בצבע ירקרק העשירים בנחושת ובמנגן שהצטברו בפעילות משנית מאוחרת.
החלק העליון של הסלעים המגמתיים הקדומים היה עשיר בנחושת ובמנגן ונחשף בזמן השקעתה של תצורת תמנע בקמבריום התחתון. בתקופה זו היה אזור תמנע אגן רדוד בשולי ים קדום שהשתרע לכיוון צפון-מערב, ובו שקעו אבני גיר מעורבות בגרגרי חול, דולומיטים, חרסיות ואבני חול המהווים את תצורת תמנע. על קרקעית האגן חיו אצות אשר השקיעו את המשקע הגירני וסייעו ביצירת מינרלי נחושת הסולפידיים. המסה חלקית של דולומיט על ידי מי תהום גרמה לעליית ריכוז הנחושת בחלק מהמקומות. הנחושת שנמסה, הושקעה מחדש בעורקים ונוצרו תרכיזים בריכוז של עשרות אחוזים.
הנחושת מצויה גם באבן החול הלבנה המהווה את גג תצורת אמיר ובסיס תצורת עברונה בתרכיזים, בעדשות ובחומר המלכד את הסלע. אבני החול שבהן מצויה הנחושת הורבדו במערכת נחלים רחבה שכיסתה את הנגב הדרומי בקרטיקון התחתון. במהלך הזרימה הורבדו יחד עם החול שרידי צמחים. בתקופה מאוחרת יותר, במהלך פעילות וולקנית שהתרחשה בקרטיקון התחתון או בעת יצירת בקע הערבה, נדדו לשכבה זו מי תהום חמים ועשירים בנחושת וברזל. אבן החול ספגה תחמוצות נחושת וברזל בגוון ירקרק. מקור הנחושת במי תהום החמים היה, כנראה, בהמסה חלקית של נחושת בתצורת תמנע.
מינרולוגיה.
מינרלי הנחושת העיקריים המצויים בבקעת תמנע הם מלכיט (formula_1) וכריזוקולה (formula_2). תכולת הנחושת הממוצעת במרבץ תמנע הוא כ-1.5%.
פעילות אנושית בבקעת תמנע.
האדם נמשך לבקעת תמנע החל מהתקופה הנאוליתית, בערך 12,000 שנה לפני זמננו, בשל עפרות הנחושת המצויות בה. בתמנע נתגלו שרידים ועדויות להתפתחות כריית והפקת הנחושת לכל שלביהן.
התקופה הנאוליתית.
בבקעת תמנע נמצאו כלי צור במקומות חניה מהתקופה הנאוליתית הקדם-קרמית ב'. אין להניח כי בתקופה הנאוליתית הקדם-קראמית כבר היה מצוי הידע הנחוץ להפקת נחושת מתכתית מעפרות. משום כך עסקו כנראה בתמנע בתקופה זו בליקוט "אבנים יפות" לייצור קישוטים.
סוף התקופה הנאוליתית והתקופה הכלקוליתית.
ראשית הכרייה והמטלורגיה בתמנע השאירה מעט עקבות. בהתחלה כנראה רק ליקטו את תרכיזי העפרות מפני השטח וערכו חפירות שטוחות, בצורת בורות, באזורים שנראו בהם תרכיזי עפרות כבדים תקועים בסחף. שטחים נרחבים באזור המכרות שלרגלי מצוקי תמנע מכוסים בצפיפות ב"צלחות", פירים שנחפרו זה ליד זה דרך שכבת הסחף בחיפוש אחרי עפרות נחושת, ולאחר סיום הכרייה נסתמו. כמו כן נמצאו סימני כרייה שטוחים ועגולים, אופייניים לפטישי אבן, על פני פיסת הסלע הלבנבן נושא עפרות נחושת, שיש לשייכם כנראה לתקופה קדומה זו. פירי החפירה מתקופה זו רחבים מכיוון שפטישי האבן הצריכו תנועה רחבה. בכל אזורי הכרייה הקדומים נמצאו כלי צור ומעט חרסים שניתן לשייכם לסוף התקופה הנאוליתית ולראשית התקופה הכלקוליתית, היינו לאלף השישי או החמישי לפנה"ס.
צמוד לאחד השטחים של "כרייה בבורות" נתגלה אתר התכה מיוחד במינו, שכפי הנראה שייך לתקופת תחילת המטלורגיה באזור. אתר זה הוא אתר ההתכה היחיד שנמצא ממש באזור המכרות של בקעת תמנע והוא למעשה אתר ההתכה הקדם-היסטורי היחיד שנמצא בתוך הבקעה. הסיגים שנמצאו באתר זה, שבהם נראו גושי עפרות לא מותכות או מותכות למחצה ופירורי אבן-חול לבנה, לא הגיעו בשעת ההתכה לדרגת חום גבוהה מספיק כדי לעבור למצב צבירה נוזלי. משום כך נשארו טיפות הנחושת, שהתהוו מן העפרות כבר בטמפרטורה נמוכה יחסית, כשהן תקועות בתוך הסיגים הצמיגיים, והיה צורך לשחררן באופן מכני באמצעות שבירה וכתישה.
אתר זה מוכיח כי המטלורגיה באזור התחילה לא בתקופה הכלקוליתית, כפי שהיה מקובל לחשוב, אלא עוד בתקופה הנאוליתית, באלף השישי לפנה"ס. תקופת הבראשית של הפקת הנחושת מעפרות באזור (תקופת הנחושת סיני-ערבה שלב קדום), נמשכה על יותר מאלפיים שנה, מהאלף השישי עד האלף הרביעי לפנה"ס.
בתוך טווח זמן זה התפתחה המטלורגיה, מהתחלות פרימיטיביות ביותר עד לרמה מפותחת בהרבה, עם ידע וניסיון רב גם בבחירת סוגי העפרות והתכתן למטען-התכה מאוזן היטב, ואף בפיתוח מתקן התכה, מבור באדמה ומפוח, לתנור התכה בנוי, עם מערכת אוורור יעילה. עם זאת, עדיין נשארו מפעלי ההתכה של תקופת הנחושת סיני-ערבה, שלב קדום ברמה של "תעשיית בית" ובהיקף של ייצור בקילוגרמים. את המים והעצים הרבים הדרושים לתהליך ההתכה הביאו כנראה מעין ר'דיאן (עין יטבתה).
סוף האלף השני לפני הספירה.
נלסון גליק, שהיה הארכאולוג הראשון שקיים חפירות מסודרות ושיטתיות בתמנע בשנות השלושים, ייחס את המכרות בתמנע, בשלבם המפותח ביותר, למאה העשירית לפני הספירה, עקב חרסים שנמצאו. הוא קשר את האתר עם שלמה המלך וממלכתו, בגלל התאריך המתאים, ומכאן גם הכינוי שהשתרש למקום - "מכרות המלך שלמה". כשלושים שנה אחריו, בחפירות שהחלו ב-1959 מצא בנו רותנברג במקום, מקדש מצרי ושרידים נוספים מתקופת הברונזה המאוחרת ולכן ייחס את שיא הכרייה לימי הפרעונים הרעמססיים של השושלות 19–20 של הממלכה החדשה של מצרים.
החל משנת 2009 נערכות באתר חפירות חדשות בראשות ארז בן יוסף מאוניברסיטת תל אביב. בן יוסף תיארך מחדש בעזרת כלי חרס ותיארוך פחמן-14 את מחנה ההתכה העיקרי למאה העשירית לפני הספירה, כלומר, תקופתו של המלך שלמה (כפי שהוצע על ידי נלסון גליק בתחילת המחקר באתר). בן יוסף מעריך, כי המכרות הופעלו על ידי חברה מקומית, כאשר על פי הדמיון לאתר כריה בוואדי פינאן שבירדן הוא סבור שהיה זה גרעין קדום של הממלכה האדומית.
הכניסה למכרות הייתה דרך פירים אנכיים בקוטר של 80 ס"מ בערך עם גומחות בדפנות ששמשו מעין מדרגות. כלי הכרייה היו אזמל ופטיש. בתחתית פיר הכרייה האנכי נחצבה מנהרה אופקית ראשית וממנה התפצלו מנהרות כרייה בהתאם לפיצול עורקי המינרליזציה. בחלק מהמערכות נתגלו מפלסים אחדים, זה מעל זה, ופיר פנימי המחבר ביניהם. מפעם לפעם חצבו פירי אוורור ופירים להעלאת העפרות אל פני הקרקע.