גאולוגיה של הרי היורה

הרי היורה (Jura Mountains) הם רכס הרים המצוי צפונית-מערבית להרי האלפים בשטחן של צרפת ושווייץ. הרכס נוצר לפני כ-35 מיליון שנים בעקבות דחיקה של האלפים לכיוון מערב. היורה הוא רכס מקומט וסלעיו נוצרו במהלך עידן המזוזואיקון, לפני 65–250 מיליון שנים. סחיפה עזה שנגרמה בעקבות המסה של אבן גיר גילתה מחשופים מתקופה זו, ומסבירה את היעדרם של סלעים מהשלישון ומהרביעון, המצויים בעיקר באגנים הגובלים ברכס. הגאולוגיה של הרי היורה מורכבת מאוד בגלל ריבוי השכבות המרכיבות אותם. 95% מסלעי היורה הם אבן גיר וחוואר.
המבנה העמוק של היורה מוכר כתוצאה מקידוחים רבים, וכן ממידע סייסמי שהופק במחצית השנייה של המאה ה-20 ומשמש למחקרי חיפוש נפט ופחם בהרים ובאגן מולאס (Bassin Molassique) הסמוך, השוכן בינו לבין הרי האלפים. תוצאות מחקרים אלה סופקו על ידי חברות הנפט לבקשת גאולוגים שווייצריים בשנות ה-90 של המאה ה-20, וסיפקו הסבר לשאלות רבות הנוגעות לקימוט היורה ולגאומטריה של שכבות המשקעים והתשתית הקדומה של הרכס ושל אגן מולאס.
רכס היורה היה מוקד למחקר ענף שנערך במאות ה-18 וה-19. חוקר הטבע הגרמני אלכסנדר פון הומבולדט, שחקר את תצורות אבן הגיר העשירות במאובנים, כינה אותן בשנת 1799 "גיר היורה" (בגרמנית: Jura Kalkstein). כינוי זה היווה בסיס לשמו של תור היורה (בצרפתית: Jurassique) בעידן המזוזואיקון בו נוצרו אותם סלעים, תור אותו הגדיר המדען הצרפתי אלכסנדר ברוניאר (Alexander Brongniart,‏ 1770–1847) בשנת 1829. שכבות מתור זה נחקרו לראשונה בהרי היורה, אף שהן מייצגות רק חלק מההיסטוריה הגאולוגית של הרכס.

מסלע

התוצרים הגאולוגיים בהרי היורה רבים וגילם נע מסוף הפלאוזואיקון ועד להולוקן. עובי החתך הסטרטיגרפי של הרכס מגיע ל-2 ק"מ. ברכס מצויים שני סוגי תוצרים עיקריים: חומרי התשתית וסלעים מאוחרים ממהלך הרביעון.

פני השטח

על פני השטח נחשפים תוצרים משניים, בעיקר קרקעות מהשלישון ומהרביעון, ובהן קרקעות עכשוויות.
התשתית אינה גלויה, ומחשופים שלה נמצאים בגבולות הצפוניים והמערביים של הרכס – ביער השחור, בהרי הווז' ובמסיב סר (Serre). שני סוגי המחשופים מגלים מצד אחד סלעים אנדוגניים שנוצרו בעומק תת-הקרקע בשלב געשי והובלו אל פני השטח באמצעות תנועה אנכית, ומצד שני – סלעי משקע וסלעים מותמרים.
הסלעים המשניים מהווים את עיקר הרכס ומורכבים מסלעי משקע רבים שהורבדו בסביבה ימית. הסלעים העתיקים ביותר הנחשפים הם מן הטריאס, והם מצויים מסביב למסיב סר ובשולי הרי הווז'. סלעים רבים מן היורה מרכיבים את מרבית הרכס ואת רמות הסון הגבוה, שם גם מצויים סלעים רבים מהקרטיקון.
סלעי השלישון ניכרים רק בשולי הרי היורה והם נחשפים לרוב לאחר התמוטטות בגדות נהרות, בעיקר באגני מולאס וברסה (Bresse). סלעי שלישון מאוחרים נחשפים בקערים אחדים ביורה הגבוהה, דוגמת עמק ז'ו וסמוך לעיירה דלמון (Delémont).
קרקע רביעונית מצויה בעיקר במישורי הסחף של מרבית הנהרות באזור ובמצבורים שנותרו מעידן הקרח האחרון. גם קרקעות שנוצרו כתוצאה ממפולות סלעים הן רביעוניות.

סלעי התשתית

העדרם של מחשופים מהפלאוזואיקון אינו מעיד על העדר סלעים אלה מן הרכס, ואלה מופיעים בחתך הסטרטיגרפי שלו. הם מצויים מעל תשתית של סלעים אנדוגניים דוגמת גרניט וסלעים מותמרים דוגמת גנייס.
תשתית זו התגלתה בקידוחים שנערכו בין השנים 1970 ו-1980. עומק התשתית נע מ-200 מטרים מתחת ללונס-לה-סונייה (Lons-le-Saunier ) ועד 2,000 מטרים מתחת לשרשרת הגבוהה.
מסיב סר הוא שלוחה של התשתית המצויה מצפון-מערב לרכס. במהלך היווצרות הרי היורה התרוממה התשתית בכמה מקומות בעקבות לחצי דחיסה מהרי האלפים, וניקבה את הכיסוי המשקעי. המסיב מורכב מסלעי תשתית דוגמת גרניט וסלעי כיסוי המופרדים באמצעות העתקים.

סלעי הטריאס

סלעי הטריאס מצויים בהרי היורה בשני מקומות: בשולי הרכס ובחפיפה לתשתית העתיקה בגבול עם אגן ברסה. בגבול זה נחשפת רק רצועה אחת מטריאס תחתון, אך קידוחים משנות ה-50 שהתבצעו במסגרת חיפושי נפט סייעו להגדרת הרצף הסטרטיגרפי כולו. שני סוגי סלעים מאפיינים את הטריאס באזור זה: סלעים דטריטיים דוגמת אבן חול ופצלים מהצטברות משקעי סחיפה, וכן סלעי התאדות שנוצרו ממינרלים דוגמת דולומיט, גבס, הליט ואנהידריט.
קשה מאוד לקבוע סטרטיגרפיה מקיפה ומפורטת של הטריאס בהרי היורה בגלל מורכבות טקטונית שהתפתחה במסלע, המקשה גם לקבוע הקבלות בין הרכס לבין אגן מולאס.

סלעי היורה

סלעי תור היורה היו נושא המחקר של אלכסנדר פון הומבולדט, והיוו בסיס לשמה של יחידת זמן גאולוגית זו.
סלעים מן הליאס נחשפים במקרים בודדים בשקעים בסון הגבוה, למרגלות הקמרים ובגבול הרכס עם אגן ברסה. עובייה של השכבה כ-200 מטרים והוא עקבי ממערב למזרח. סלע הליאס הבולט הוא חוואר אפור, אך קיים גם מיעוט של חוואר כחול, פצלים ואבן גיר. עושר במאובנים דוגמת אמוניטים, צדפות וחלזונות מעלה כי שכבות אלה הורבדו בים עשיר באורגניזמים מגוונים. שינויים קלים אלה בסביבת ההשקעה הימית הוביל להיווצרות סלעים בעלי פאצייס (Facies) מגוון. משקעים ליאסיים כאלה מהווים קרקע פורייה לענבי יין מסוג סבנין (Savagnin).
הדוגר מיוצג במערב ברמת הסון הגבוה, באגן ברסה וברצועת הקימוט של "ההר הקטן" בדרום-מערב הרכס, שבמדרונותיה מצויים כמה מחשופים נראים לעין. סלעי הדוגר כוללים אבן גיר אואוליתית, אבן גיר חווארית ומעט עפרות ברזל. עובי השכבה כ-250 מטרים וסלעיה ניכרים בצוקים ברמות שמסביב לרכס.
המלם מיוצג בשכבה שעובייה כ-500 מטרים, המצויה בקמטים בשרשרת הגבוהה, בהר הקטן, ביורה השטוחה וברצועות הקימוט, וגם ברמות החיצוניות דוגמת רמת הסון הגבוה. סלעים אלה נראים בגבול אגן מולאס והאלפים, וסדרה שלהם נראית בקרקס הקרחוני Cirque des Foules הסמוך לעיירה סן-קלוד (Saint-Claude). המסלע כולל אבן גיר דולומיטית וחוואר. בשכבות אלה נמצאו בשנת 2004 עקבות של דינוזאורים סמוך לעיירות קיסייה (coisia) ולול (Loulle).

סלעי הקרטיקון

סלעי הקרטיקון מצויים בקערים בשרשרת הגבוהה, ועם היווצרותם מסתיימת ההשקעה הימית ביורה הגבוהה. סלעי הקרטיקון העליון חסרים בהרי היורה ונובעים מעליית האזור אל מעל פני הים בתקופה זו ומנסיגתו לכיוון דרום-מערב. כתוצאה מכך נוצר מסלע שעוביו אינו עולה על 200 מטרים.
סלעי הקרטיקון מורכבים בעיקר מתערובת של אבן גיר וחוואר. מחשופים שלהם מצויים בהרי היורה מאחר שהם שרדו הודות לקימוט מאוחר – שהגן עליהם מסחיפה בעוד השכבות מעליהם הוסרו לחלוטין.

השלישון

במהלך השלישון התפתחה היורה לרכס הרים בעקבות דחיקה שנבעה מהרי האלפים. מרבית הסלעים מתקופה זו הם מסביבת היווצרות יבשתית והם מצויים לאורך הרכס ובאגנים הסמוכים לו, בין היתר כמשקעים אגמיים ונהריים.
בתחילת השלישון התרחשה באזור היורה סחיפה נרחבת, שמנעה את השקעתם של משקעים מהפלאוקן וכמעט את כל משקעי האאוקן, ומסבירה את היעדרם מהטור הסטרטיגרפי של הרכס, אף כי סלעים מן הפלאוקן, האאוקן והאוליגוקן מצויים באגן הריין, באגן ברסה ובעמק הסון. משקעים אוליגוקניים מצויים גם באגן דלמון בצפון הרכס, והם מורכבים ממשקעים ימיים גיריים שמקורם במשקעים נהריים או אגמיים.
בתחילת המיוקן התכסתה השרשרת הגבוהה במשקעים אגמיים מולאסיים – משקעים הנוצרים בקדמת רכס מתרומם.

הרביעון

מרבית סלעי הרביעון גלויים על-פני השטח והם נובעים מכמה מקורות:

ביצות וכבול

בשרשרת הגבוהה קיימים לפחות 150 ביצות ומשקעי כבול שהחלו להתפתח כמה אלפי שנים לאחר נסיגת הקרחונים. אזורים אלה הם שקעים המתאפיינים בניקוז גרוע, שהתמלאו במי הפשרת הקרחונים. הכבול – וכן הטחבים שצמחו בהם – מתעדים את השינויים האקלימיים שהתרחשו מאז עידן הקרח האחרון, בין היתר באמצעות השתמרות אבקנים.

סחף

במהלך הרביעון הושקעו בהרי היורה משקעי סחף המורכבים מחול, חצץ וטין. אלה הורבדו באמצעות נהרות, מפולות ושיטפונות, חלקם על מדרונות ההרים עד 60 מטרים מגובה האגנים. הבדלים בין תקופות חמות וקרות ניכרים במעין טרסות שנוצרו ממחזורים של הרבדה וסחיפה.

משקעי מדרונות

ביורה קיימים מדרונות רבים שנוצרו מסחיפה, אך גם ממפולות – שחלקן אירעו כתוצאה של כבידה ואחרות אירעו בעקבות רעידות אדמה. על מדרונות אלה מורבדים משקעים שעוביים 1–3 מטרים. משקעים אלה נחלקים לשלושה סוגים: חוואר הנוצר ממפולות ושטפונות, חלוקי נחל המוסעים על ידי נחלים ושברי סלעים בגדלים שונים הנוצרים בתהליכי קפיאה והפשרה.

ההיסטוריה הגאולוגית של היורה

רכס היורה שוכן בין שני מבנים גדולים: אזור ההתנגשות האלפיני בדרום-מזרח הרכס והגראבנים של אגני הריין והברסה בצפונו ובמערבו. מיקום זה חשוב להבנת האירועים הטקטוניים שעיצבו את הרכס, ובעיקר סדרה של אורוגנזות, אירועי מתיחה באוליגוקן שגרמו לסדיקת התשתית והכיסוי המשקעי, וכן אירועי התקצרות בגבול מיוקן-פליוקן שגרמו להתנתקות אלוכתונית של הכיסוי המשקעי מן התשתית.

הקימוט ההרציני

בפלאוזואיקון החלה התכנסות יבשות שהביאה להיווצרה של יבשת-העל פנגיאה. התכנסות זו לוותה באורוגנזה שיצרה את הקימוט ההרציני – רצועת קמטים ארוכה שנמתחה לאורך המפגש בין לאוראסיה וגונדוונה. רכס זה הורכב מסלעים מותמרים ומסלעי יסוד, שנסחפו במהלך הזמן והושקעו בשקעים שבין ההרים.
בשלהי הפלאוזואיקון, בתור הפרם, כבר נעלם חלק גדול מן הקימוט ההרציני ונותרו ממנו מקטעים בודדים, כמה מהם מסיבים סמוכים לרכס היורה דוגמת הרי הווז' מצפון ליורה, מסיב סנטרל (מצרפתית: המסיב המרכזי) במרכז צרפת ומסיב סר בשוליים הצפון-מערביים של הרכס. בשלב זה הפך אזור היורה למשטח יבשתי בעל תבליט, שבאגניו הושקעו שרידי סחיפה מהקרבון ומהפרם. אגנים אלה תחומים בהעתקים וכיוונם מצפון-מזרח לדרום-מערב – כיוון התואם לכיוון עמק הביקוע שהחל להתפתח בין לאוראסיה וגונדוונה וציין את תחילת התפרקותה של פנגיאה.

"ים הקירטון"

התפרקותה של פנגיאה במזוזואיקון לוותה בהתפתחותו של ים טתיס, שבמהלך הטריאס התרחשה חדירה הדרגתית שלו לאזור הרי היורה מצפון וממזרח. בעקבות החדירה הימית הפך האזור לחוף נרחב, בו התפתחו לגונות שהוזנו באמצעות נחלים ונהרות. תנאי אקלים חם עודדו התאדות של מי הלגונות והשקעה של גבס, חוואר והליט – שכיסו את סלעי התשתית ההרצינית. באזור היורה נראות אי התאמות המציגות שלבי מעבר בין סחיפת סלעי התשתית לבין החדירות הימיות, בהם התרחשה השקעה נהרית של חול, חצץ וחלוקים.
במהלך היורה התגברה החדירה הימית, והאזור הפך למשטח קרבונטי מנוקד באיים טרופיים שבצבצו מן הים. גובה פני הים השתנה בהתאם לתנועה האנכית של האזור, והוביל לשתי תקופות של התרוממות כמעט מוחלטת מן הים הרדוד ולהגדלת שטחם של האיים. תקופות אלה ניכרות בשינויים במשקעים בתור היורה – משקעים חופיים, לגונריים ושוניתיים. משקעים אלה אינם נראים בהרי האלפים, שהיו מצויים באותה עת בעומק ים טתיס. סביבה טרופית זו אפשרה את קיומו של שפע מיקרואורגניזמים, צדפות, אלמוגים ושאר שוכני קרקעית רדודה שתרמו סידן פחמתי להיווצרות הסלעים, כמו גם של דינוזאורים שהותירו בשלהי המלם את טביעות רגליהם במשקעים הרכים.
לאחר שתי תקופות אלה של התרוממות חלה בתחילת הקרטיקון חדירה ימית נוספת, שהתגברה במעבר בין הקרטיקון התחתון לעליון – עת התרחש כיסוי ימי נרחב בכל האגן הפריזאי שכונה "ים הקירטון" (בצרפתית: la mer de la craie). "ימי קירטון" כאלה היו נפוצים ברחבי צפון-מערב אירופה בקרטיקון העליון, ושרידיהם נחשפים בעיקר בצוקי-חוף.

סגירת ים טתיס

פתיחתו של האוקיינוס האטלנטי בין הלוח הדרום-אמריקאי לבין הלוח האפריקאי לוותה בתנועתו של האחרון צפונה בקצב של סנטימטר אחד בשנה, תוך כדי סיבוב נגד כיוון השעון. תנועה זו הובילה לסגירה הדרגתית של ים טתיס כאשר הקרום האוקייני של הלוח האפריקאי החל לנחות מתחת ללוח האירואסייתי. במהלך אירועים זה נוצר הלוח האדריאטי – שבר המורכב בעיקר מקרום יבשתי, שהתנתק מהלוח האפריקאי לאורך העתק חילוף ונע לצפון-מערב.

קמטי היורה

ההפחתה של הלוח האפריקאי מתחת ללוח האירואסייתי, שהתעצמה בהדרגה במהלך האאוקן והאוליגוקן, החלה להיחלש במיוקן. בין פרקי האטה כאלה התרחשו שני קימוטים משמעותיים של הרי היורה בסוף המיוקן. התרוממות זו לוותה במתיחת הקרום ובסדיקת התשתית והכיסוי המשקעי לאורך רשת ההעתקים, הניכרת בעיקר ברמות היורה. בצוקים שנוצרו בשולי הסדקים חלה סחיפה, שתוצריה הושקעו באגנים הסמוכים.
תנועתם של הלוחות המעורבים בקימוט האלפיני עדיין נמשכת, וכך גם הקימוט האלפיני עצמו. הרי האלפים ממשיכים להתרומם בקצב של מילימטר אחד לשנה – קצב דומה לזה של הסחיפה המונעת את צמיחתם.

ניתוק מהחגורה האלפידית

בסוף השלישון התנתקו הרי היורה מן החגורה האלפידית בעקבות שקיעת אגן מולאס, שהתרחשה כתוצאה מהתחדשות המעוות במבני התשתית ההרצינית.

התנתקות סלעי הכיסוי

השפעתו של קימוט זה על היורה יצרה את אחד המאפיינים הטקטוניים הייחודיים של הרי היורה: התנתקות סלעי הכיסוי מן התשתית וגלישתם לצפון-מערב על-גבי מישור התנתקות, תוך העתקה נרחבת. התנתקות זו בהרי היורה, שהתפתחה בגבול מיוקן-פליוקן, נבעה בחלקה מעוצמת תהליכי הקימוט, ובחלקה מהימצאותם של סלעי התאדות ושל חרסית בסלעי הפצלים במישור המגע עם סלעי התשתית. תופעה זו הייתה אחד מנושאי המחקר של הגאולוג הצרפתי מרסל אלכסנדר ברטראן במחקריו על גלישונים.

"כובע" ו"פטריה"

שניים מהקמטים הידועים של הרי היורה נוצרו בתהליכי הקימוט וההתנתקות:

כובעו של הז'נדרם

קמט "כובעו של הז'נדרם" (Le Chapeau de gendarme) נחשף ביורה הגבוהה, סמוך לעיירה סנט-קלוד (Saint-Claude). ראשיתו בקימוט במהלך המיוקן שגרם להתרוממות והיווצרות העתקים. בהשפעת הכבידה החליקו סלעי הכיסוי מעל התשתית לאורך מורדות "הר אבן החול" (mont sur les grès) הסמוך לסנט-קלוד, ויצרו את צורתו הנוכחית של הקמט.
שלט הסבר בצדו של הקמט מסביר כי הקמט קיבל את שמו בתחילת המאה ה-19 מאחר שהוא דומה בצורתו לכובעיהם של הז'נדרמים בצרפת באותה עת, וכי היה מוכר עוד טרם התברר לגאולוגים אופן היווצרותו.

פטריית השמפיניון

כקילומטר אחד דרומית-מערבית ל"כובעו של הז'נדרם" מצוי קמט נוסף – פטריית השמפיניון (Pli en Champignon de la Cernaise).
קמט זה נחשף לאחר שחיקה קרחונית מאוחרת לקימוט.

עיצוב קרחוני

במהלך הרביעון כוסו הרי היורה בקרחונים. בתור הרביעון אירעו 20 מחזורים קרחוניים, אולם לא ידוע אם הרי היורה הושפעו מכולם או רק מחלקם, מפני שעדויות גאולוגיות ממחזור קודם נמחו באמצעות שחיקה קרחונית של מחזור חדש. עם זאת נותרו בהרי היורה עדויות משני מחזורי ההתקרחות האחרונים: "התקרחות ריס" (Riss glaciation) ו"התקרחות וורם" (Würm glaciation), ששיאה לפני כ-22,000 שנים. המחזור האחרון היה מצומצם ביורה, ולכן הותיר עדויות מקיומו ומן המחזור שקדם לו. מחזורי התקרחות אלה לא היו תלויים בהתקרחות הרי האלפים, והרי היורה היו מכוסים בכיפת קרח מקומית.
העיצוב הגאומורפולוגי של הרי היורה ברביעון הושפע בעיקר מקרחונים, במיוחד בשרשרת הגבוהה. שיעור השחיקה הקרחונית וסחיפת תוצריה במחזור האחרון נאמד ב-4,400±1,700 טונות לכל קילומטר רבוע בשנה – שיעור העומד על הסרת 6 מטרים בממוצע מגובה הרכס במחזור זה לבדו. לפי אומדן זה, שיעור השחיקה הקרחונית במחזורי ההתקרחות בפליסטוקן עומד על כ-100 מטרים, ובתוספת בליה כימית – כ-115 מטרים.
אחד הביטויים של העיצוב הקרחוני בהרי היורה הוא קרקסים קרחוניים, דוגמת Creux du Van ביורה השווייצרית שרוחבו כ-1,400 מ' ועומקו כ-150 מ'. צורת נוף זו נוצרת משילוב של בליה בתנאי קפיאה והפשרה, שחיקה קרחונית וסחיפה של תוצריהן.

היורה כיום

התהליכים האורוגנזיים של הקימוט האלפיני נמשכים גם כיום והם מלווים בהתהוותם של מבנים חדשים ובפעילות סייסמית, תוך שיעורים גבוהים מהממוצע של התרוממות באלפים המערביים, ואף גבוהים מאלה בצפון רכס היורה. בדרום הרכס נמשך מעוות שכיוונו דומה לקימוט המקומי של היורה מהמיוקן לפליוקן.
הסיבות להתרוממות הרביעונית בהרי היורה מגוונות, והעיקרית בהן היא התרוממות איזוסטטית הנובעת מהסרת משקלה של כיפת הקרח מעל הרכס עם הפשרתה. סיבות נוספות הן תנועה טקטונית עכשווית והסרת מסה הנובעת ממפולות ומניצול של מי תהום. בנוסף להתרוממות נמשכת תנועה אופקית של הרכס לצפון-מערב בשיעור שאינו עולה על מילימטר אחד בשנה – תנועה התואמת את הדינמיקה בין הלוחות.
שיעורי ההתרוממות והתזוזה ורעידות אדמה לאורך השוליים הדרומיים של הרי היורה מצביעים על התחדשות התנתקות של סלעי הכיסוי מן התשתית.