קיומו של הביטומן בסלעים אין בו די על מנת לגרום לשריפה. לשם כך נחוץ גם חמצן. פצלי השמן באזור נחל אפעה (שם ממוקם מפעל פצלי השמן של חברת פמ"א) אינם נדלקים מעצמם משום שהם קבורים תחת שכבות של סלעי משקע. אבל מהרגע שהסלעים נחשפים לאוויר זו רק שאלה של זמן עד שהסלעים ידלקו מעצמם, ואכן במהלך 2010 התרחשה בעירה כזו והיא נמשכה למעלה מחודש. מחקר תצורת חתרורים התמקד, בין השאר, בתיארוך אירוע ההתמרה, והוא התבסס על שיטות המאפשרות תיארוך האירוע בלא קשר לגיל של שכבת הסלע המקורית. מחקר שביצע פרופ' יהושע קולודני ב-1971, תוך שימוש בשיטת "עקבות ביקוע" של אורניום בגבישי אפטיט מותמרים באזור בית סחור קבע שההתמרה של סלעי חתרורים התרחשה לפני כ-16 מיליון שנים. ב-1990 השתמש אבי בורג בשיטה של מדידת יחסים בין איזוטופ של אשלגן הדועך לארגון ומצא כי בבקעת חתרורים היו שני אירועי התמרה. האחד במיוקן (לפני 16 מיליון שנים) והשני בפליוקן (לפני פחות מ-3 מיליון שנים). ממצאיו אוששו 5 שנים מאוחר יותר במחקר של צוות חוקרים בראשות דפנה גור, שהשתמשה ביחסים בין שני איזוטופים של ארגון (Ar39 ו-Ar40). כיוון שגיל השכבות של תצורות ע'רב וטקיה עתיק הרבה יותר (בין 60 ל-70 מיליון שנים) ברור שאירוע ההתמרה התרחש זמן רב לאחר שסלעי המשקע של תצורות אלו הורבדו בים. הוכחה נוספת לכך מהווים גם חלוקי אבן וחול המצויים על גבי הסלעים המותמרים. בבדיקת הרכבם התברר כי גם הם עברו התמרה. חלוקי אבן אלו אינם מכילים ביטומן ומכאן נובע שההתמרה שעברו היא תוצאה של שריפת הסלעים שמתחתם. כיוון שחלוקי האבן הגיעו אל הסלעים כגופי סחף, ברור כי השריפה התרחשה אחרי שנוצרה מערכת הניקוז שהובילה אותם לשם, וזו התפתחה עם היווצרות בקע ים המלח לפני כ-3 מיליון שנים.
תהליכי הבעירה.
להתלקחות הסלעים נדרשים כמה תנאים. ראשית, אספקת חמצן סדירה. זו מתרחשת רק כאשר הסלעים הספוגים בביטומן נחשפים לפני השטח כאשר תהליכי בליה מסירים את הסלעים מעליהם. שנית, הצתה מהירה, שאם לא כן החומר הביטומני שבסלעים יתחמצן ולא יבער. ושלישית, שבסלע ייווצרו סדקים שיובילו את החמצן לעומק הסלע. תהליכי הבליה אינם אחידים, ולכן אירוע הבעירה התרחש בכל מחשוף בתקופה שונה, ולפעמים בכמה שלבים באותו מחשוף. בגלל התלות בחמצן מוגבל עומק החדירה של הבעירה מתחת לפני השטח לכמה עשרות מטרים, והוא מותנה בעומק הסדקים שדרכם מגיעה אספקת החמצן לבעירה. בקידוח שנעשה בבקעת חתרורים נמצאו סלעי המקור הספוגים בביטומן מתחת ל-60 מטרים של סלעים מותמרים.
תהליך הבעירה העיקרי החל עם יצירת בקע ים המלח (כאמור לפני כ-3 מיליון שנים) שגרם לסידוק ולתהליכי סחיפה שבהם הוסרו סלעי תצורת חצבה ונחשפו הסלעים הספוגים בביטומן. החומר האורגני ניצת כמעט מיד לאחר החשיפה לאוויר. הבעירה יצרה סדקים נוספים, הן בשל השתחררות גזים (פחמן דו-חמצני ואדי מים), והן בשל הצטמצמות הסלע לאחר התמרתו. דרך הסדקים שנוצרו חדר אוויר והחמצן שבתוכו הבעיר מוקדים נוספים. סדקים אלו נעלמו בסופו של דבר בשל תהליכי גיבוש מחדש וקריסת הסלעים, למעט מקומות שבהם חדר חול לסדקים. החום הגבוה גרם להתמרה של החול והוא מנע את סגירת הסדקים, לדוגמה, סמוך לסינקלינת מורג. את מוקדי הבעירה ניתן לזהות כיום לאורך כביש ירושלים-יריחו במרחק של כמה מטרים עד כמה עשרות מטרים ביניהם בצורת גוון שחור המעיד על התפחמות החומר האורגני בסלעי הפוספוריט בגג תצורת מישאש שמתחת לסלעים שעברו התמרה.
על פי הרכב המינרלים ניתן לקבוע כי הטמפרטורות ששררו בעת הבעירה היו
בתחום 900°C-400°C, כאשר קיומו של המינרל פסאודווולאסטוניט במקומות מסוימים מעיד כי היו מוקדי בעירה שבהם הגיעה הטמפרטורה ל-1,100°C. על סמך העובדה שלא זוהו סימני התכה בסלעי חתרורים ברור שהטמפרטורה לא הגיעה ל-1,300°C. שולמית גרוס הצליחה לייצר במעבדה את רוב המינרלים הבונים את סלעי חתרורים על ידי חימום של סלעים מתצורת ע'רב ומתצורת טקיה לטמפרטורת ההתמרה המשוערות. הבדווים בירדן הצליחו להפיק סיד באמצעות שריפת הסלעים. הטמפרטורה הנדרשת על מנת להפיק סיד מאבן הגיר היא כ-700°C.
על סמך הנחות לגבי הולכת חום של סלעים, וקביעת גבולות עליונים ותחתונים למשך הבעירה העריכו קולודני ובורג כי בכל מוקד נמשכה הבעירה בין 300 ל-1,000 ימים. כיוון שנפח הסלעים המותמרים המופיעים בתצורת חתרורים גדול מאוד ברור שהיה מספר גדול מאוד של מוקדי בעירה. הסלעים לא בערו באירוע אחד, אלא סביר להניח שהבעירה התפשטה באיטיות ממוקד אחד שגרם להיסדקות הסלע, חדירת חמצן לסדקים, הצתה ספונטנית ויצירת מוקד חדש. תהליך היצירה של המחשוף כולו נמשך כנראה אלפי או אף עשרות אלפי שנים.
פטרולוגיה ומינרלוגיה.
בחינה של הסלעים בתצורת חתרורים גילתה את כל התחום שבין יחידות סלע שלא הותמרו (כלומר שייכות לתצורת ע'רב ותצורת טקיה), סלעים שהתמרתם נמוכה (מכילים מינרלים של טמפרטורות התמרה נמוכות) וסלעים הבנויים ממינרלים של טמפרטורה גבוהה בלבד, כלומר עברו התמרה מלאה. ניתן לזהות בקלות את סוג הסלעים המקורים (הפרוטוליתים) שמהם נוצרו הסלעים המותמרים. יותר מכך, הבדלים בתכולת החרסית של סלעים, שלא קל להבחין בהם בסלעים "רגילים", מודגשים הרבה יותר בסלעים אלו לאחר התמרה. משמע, ההתמרה לא רק שאינה מסווה את הסלעים המקוריים, אלא היא גם מחדדת את ההבדלים ביניהם. הסלעים שעברו התמרה מלאה בולטים בגונם הכהה ומשתרעים על פני שטח שיכול להגיע לכמה מאות מטרים רבועים. הם קשים, יוצרים מצוקים, ומכילים מינרלים נדירים דוגמת ספוריט, גהלניט, ובראונמילריט.
ניתן לקבוע את הטמפרטורה שבה "נאפה" סלע המקור על סמך הרכב המינרלים שבו. סלעי המקור כדוגמת קירטון מכילים בעיקר קלציט שמקורו בשלדי מיקרואורגניזמים. היצורים הנפוצים בקירטון הם הקוקליטים (סוג של אצה היוצרת לוחות גיר דקים) והפורמיניפרים (סוג של יצור חד-תאי) כמו כן יש בסלעים מעט צורן דו-חמצני שגם מקורו בשלדי מיקרואורגניזמים כדוגמת דיאטומאות (בעברית צורניות), סוג של פלנקטון ורדיולריות (בעברית קרנוניות), סוג של חד תאיים, החיים בעיקר באזורים עמוקים וקרים של הים, וחרסיות (אלומו-סיליקטים). בעת שסלעים נחשפים לטמפרטורה גבוהה של כמה מאות מעלות צלזיוס מתחילה תגובה כימית בין המרכיבים ונוצרים מרכיבים חדשים. לדוגמה, בטמפרטורות גבוהות מ-350°C, ובהיעדר לחץ מתחוללת התגובה הכימית הבאה, המכונה "ריאקצית וולאסטוניט":
מכיוון שאחד התוצרים בתגובה הכימית, הגז פחמן דו-חמצני, מתנדף, שיווי המשקל הכימי על פי עקרון לה שטליה נוטה לכיוון התוצרים של התגובה, כלומר התגובה נמשכת עד סיומה ואינה הפיכה מטבעה. מכאן נובע שהימצאות וולאסטוניט בסלע מעידה על טמפרטורה גבוהה מ-350°C, אבל נמוכה מ-500°C, משום שבטמפרטורה זו הופך הוולאסטוניט לספוריט בתגובה הבאה:
ואכן ספוריט, שהוא מינרל נדיר יחסית בעולם, נפוץ בסלעי תצורת חתרורים ומהווה מרכיב עיקרי ב"שיש ערד" (ראו פסקת שימושים).
תופעה נוספת שהתרחשה בזמן ההתמרה היא ריכוז יסודות, בעיקר גופרית שמקורה בחומר האורגני ומתכות, אף הם מהחומר האורגני או מסלעי הפוספוריט שבגג תצורת מישאש. דוגמאות:
תצורת חתרורים בהשוואה ליצירת מלט ובטון.
כאמור, תהליך ההתמרה של תצורת חתרורים דומה לתהליך יצירת צמנט. הצמנט הידוע ביותר, צמנט פורטלנד, הומצא בבריטניה על ידי אייזק ג'ונסון (Isaac Johnson), ומעבידו ג'וזף אספדין (Joseph Aspdin) רשם עליו פטנט ב-1824. בתהליך הבסיסי מערבבים אבקת אבן גיר, חרסית וחול ים קוורצי. את התערובת מחממים לטמפרטורה גבוהה (עד 1600 מעלות צלזיוס). את התוצר המכונה קלינקר טוחנים לאבקה אפורה המוכרת כמלט. התהליך ליצירת צמנט זהה לתהליך ההתמרה הטבעי שהתחולל בתצורת חתרורים ואכן מוצאים בצמנט פורטלנד שני מינרלים המצויים גם בתצורת חתרורים, לרניט (Ca2SiO4), המצוי באופן טבעי גם במקומות אחרים בעולם באזורי מגע בין אבני גיר לבזלת, וחתרוריט (Ca3SiO5), מינרל שלא נמצא מעולם בטבע לפני כן וקרוי על שם התצורה.
מהצמנט מכינים בטון על ידי ערבובו עם חול, חצץ ומים. ביצירת הבטון מעורבים שני תהליכים כימיים, קליטת מים (הידרטציה) וספיחת פחמן דו-חמצני מהאוויר ויצירת פחמה. בעקבות תהליכים אלו נוצרים בתערובת קבוצה חדשה של מינרלים המכונה "מינרלי בטון", המקנים לבטון את החוזק והעמידות. גם בטבע מתרחש תהליך זה, כאשר גשמים יורדים על תצורת חתרורים מתחיל תהליך איטי, בעיקר לאורך סדקים, של הפיכת המינרלים שנוצרו בהתמרה ("מינרלי מלט") למינרלי בטון, תהליך שהוא סוג של בליה. בפועל מהווים מינרלי ההתמרה של טמפרטורה גבוהה (מינרלי המלט) את עיקר הסלעים של תצורת חתרורים וגונם כהה, בעוד שמינרלי הבטון מצויים בעורקים וסדקים וגונם בהיר.
שימושים.
השימוש העיקרי בסלעי תצורת חתרורים הוא כאבן דקורטיבית לבניין. בסוף המאה ה-19 נתגלתה אבן ירוקה במחשופי תצורת חתרורים שליד בית סחור. האבן כונתה בפי החוצבים הערבים "מיזי אחדר" ("אבן ירוקה") ושימשה לקישוט בתי פאר, בין השאר היא מקשטת אולמות במלון המלך דוד. אחד מתוצרי ההתמרה של אבן גיר הוא שיש. בהתמרה שבה נוצרה תצורת חתרורים נוצרה אבן שחורה-חומה שעוברים בה גידים ועורקים בהירים. אבן זו נחצבה בבקעת חתרורים ושווקה תחת השם "שיש ערד" כאבן בניין ששימשה לציפוי מבנים ומטבחים וכאבן מרצפת.