פרובינציית אגן ורכס

פרובינציית אגן ורכס (באנגלית: Basin and Range Province) היא אזור פיזיוגרפי נרחב בארצות הברית ובמקסיקו המוגדר על ידי מונח טופוגרפי ייחודי - טופוגרפיית אגן ורכס. טופוגרפיה זו מאופיינת בשינויים חדים בגובה פני השטח כששושלות הרים צרות מתחלפות לסירוגין בעמקים שטוחים או באגנים צחיחים. האזור משתרע על מרבית מערב ארצות הברית וצפון מערב מקסיקו, רובו מדברי, והוא נחלק לכמה אזורים אקולוגיים. הפיזיוגרפיה של הפרובינציה היא תוצאה של כוחות מתיחה טקטוניים שהחלו לפעול באזור לפני כ-17 מיליון שנים, בתחילת תקופת המיוקן.
הגאולוג קלרנס דטון השווה את רכסי ההרים הצרים המקבילים הרבים המאפיינים את הטופוגרפיה הייחודית של אגן ורכס ל"צבא של זחלים הצועד לעבר מקסיקו". אמרה ידועה זו יכולה לסייע לדמיין את המראה הכללי של האזור. יש החושבים בטעות ש"האגן הגדול" הוא כינוי נוסף לאזור הפיזיוגרפי של פרובינציית אגן ורכס, ולא היא. האגן הגדול הוא אזור משנה שלה המוגדר על ידי התכונות ההידרולוגיות הייחודיות שלו (ניקוז פנימי).

אקלים והידרולוגיה

הפרשי הטמפרטורות בין היום ללילה, כצפוי מאזור מדברי, קיצוניים. כך למשל ביולי הטמפרטורה המקסימלית הממוצעת בעיירה בישופ בקליפורניה היא 36°C והיא יורדת ל-11°C בלילה. ההפרש בין היום ללילה קטן בחורף ונע בדצמבר בין 6°C- ל-3°C-. הגורם החשוב ביותר בקביעת הטמפרטורה הוא הגובה, והיא יורדת בממוצע ביותר מ-8°C לכל קילומטר גובה. ההבדל בגובה שבין קרקעית האגנים לפסגות ההרים שיכול להגיע ל-3,000 מטרים מתורגם להבדל של 25°C. משום כך מזג האוויר באגנים בחורף הוא נוח (בעמק המוות נעות הטמפרטורות בדצמבר בין 19°C ל-4°C) בעוד שבהרים בגובה 3,000 מטרים הוא קר מאוד (בהרים הלבנים (White Mountains) נעות הטמפרטורות בדצמבר בין 0°C ל-13°C-), והוא בלתי נסבל באגנים בקיץ (בעמק המוות נעות הטמפרטורות ביולי בין 30°C ל-46°C) והוא נוח בהרים (בהרים הלבנים נעות הטמפרטורות ביולי בין 3°C ל-19°C).
פרובינציית אגן ורכס היא ברובה מדבר צל גשם. הרי סיירה נבדה שבמערב המגיעים לגבהים שמעל ל-4,000 מטרים חוסמים את ענני הגשם המגיעים מאוקיינוס השקט ועקב כך מקבלים מרבית האזורים (תלוי בגובהם) פחות מ-250 מ"מ גשם בשנה. כך לדוגמה הממוצע השנתי בעמק המוות הוא 60 מ"מ בלבד, בעמק אוונס בין 130 ל-180 מ"מ לשנה, העמקים צפונית לעיירה בישופ בקליפורניה השוכנים בגובה שמעל ל-1,000 מטרים מקבלים בין 200 ל-350 מ"מ לשנה, בעוד שבהרים הממוצע גבוה יותר. בהרים הלבנים נמדדו בין 330 ל-480 מ"מ. להשוואה, באותו גובה בהרי סיירה נבדה מגיעה כמות המשקעים השנתית למעל ל-1,500 מ"מ. מרבית המשקעים (כ-70%) יורדת בין נובמבר לאפריל, אבל סופת רעמים קיציות מתרחשות מדי פעם, וגורמת לשיטפונות רציניים שעיצבו את פני הנוף. התופעה רווחת ברכס פאנאמינט והשיטפונות שם גרמו ליצירת הקניונים העמוקים והצרים.
האקלים הצחיח מאפשר מעט מאוד נחלים. מי הגשמים המעטים שיורדים בפרובינציה יחד עם מי פשרת השלגים מפסגות ההרים הגבוהות באביב מחלחלים לקרקע, או מתנקזים לאגנים הנמוכים תוך יצירת אגמים פלוביאליים (pluvial lake - אגם ללא ניקוז) המכונים פלאיה (playas). מרביתם קצרי ימים והם מתנדפים בחום הקיץ, למעט מעט אגמים, דוגמת ימת המלח הגדולה ביוטה ואגם פירמיד בנבדה. האזור הגאוגרפי שממנו אין מוצא של נחלים לים מכונה האגן הגדול. שטחו כ-500,000 קמ"ר והוא כולל את מרבית נבדה, חלק גדול מיוטה וחלקים מאיידהו, קליפורניה ואורגון. כמות המים המעטה היא הסיבה שהניקוז הוא פנימי. בעבר, כמו למשל בעידן הקרח האחרון, ירדו באזור מספיק מים שפילסו את דרכם מחוץ לשטח האגן הגדול.

צמחייה

כיוון שהצמחייה מותאמת לטמפרטורה ולכמות המשקעים, ואלו נקבעים בעיקר על פי הגובה, מחולקים מיני הצמחים לאזורים על פי הגובה. במקומות הנמוכים ביותר, קרקעית האגנים, בולטים בנוף שיחים מהמין לראה משולשת (Larrea tridentata) ממשפחת הזוגניים, מין הנפוץ גם ברחבי מדבר מוהאבי. חורש פתוח של עצי יהושע, גם הוא מין המזוהה עם מדבר מוהאבי, גדל גם צפונה יותר בגבהים שבין 1,000 ל-1,500 מטרים. חבורת הצומח הנפוצה ביותר מכונה Great Basin sage scrub ("חבורת שיחי המרווה של האגן הגדול") שמחליפה את חבורת הצומח של הלראה המשולשת החל מגבהים של 1,000 מטרים ומעלה. הצמח השולט בחבורה זו הוא לענה משוננת (Artemisia tridentata), מין של לענה. מין זה נפוץ גם מתחת לחופה של עצי הערער והאורנים מתת-הסוג  Cembroides (אורן פיניון באנגלית pinyon - כמה מינים המייצרים צנוברים אכילים), הגדלים בחורש פתוח בגבהים שבין 1,500 ל-3,000 מטרים. מעל גובה זה גדלים עצי אורן בודדים מהמינים Pinus flexili (באנגלית Limber Pine) ואורן האצטרובל הזיפני (Pinus longaeva באנגלית Bristlecone Pine) המצטיינים באורך חייהם. בייחוד מצטיין בכך המין האחרון שעצים ממנו חיים אלפי שנים, כולל העץ העתיק ביותר בעולם, מתושלח, שבהרים הלבנים, שגילו (נכון ל-2013) הוא 4,845 שנים. בגלל תנאי הסביבה גם עצים מתים אינם נרקבים, ותוך שימוש בתיארוך באמצעות טבעות עצים יכלו מדענים ללמוד על תנאי הסביבה של העצים במשך כ-8,000 השנים האחרונות.

גאולוגיה

באופן כללי מקובל שטופוגרפיית אגן ורכס היא תוצאה של התמתחות והידקקות הליתוספירה, הבנויה מקרום כדור הארץ ומחלקה העליון של המעטפת העליונה. סביבות התמתחות כדוגמת אגן ורכס מאופיינות על ידי העתק ליסטרי נורמלי, העתקים אנכיים שהופכים בעומק לאנכיים. ההעתקים הנורמלים מתחברים בעומק, ויוצרים גאומטריה של הורסטים וגראבנים. כאשר הורסט מתייחס לגוש שהורם עקב ההעתק, וגראבן לגוש ששקע עקב ההעתק.
עובי הקרום בפרובינציית אגן ורכס היא בין 30 ל-35 קילומטרים והוא דומה לעובי קרום יבשתי שעבר התארכות במקומות אחרים בעולם. הקרום יחד עם חלקה העליון של המעטפת העליונה מרכיבים את הליתוספירה. עובי בסיס הליתוספירה מתחת לפרובינציית אגן ורכס מוערך בכ-70-60 קילומטרים. הדעות חלוקות בנוגע למידת ההתארכות של האזור, עם זאת, ההערכה החציונית היא של כ-100% התארכות אופקית. סך כל ההעתקה האופקית של פרובינציית אגן ורכס משתנה בין 60 ל-300 קילומטרים החל מתחילת הפעלת כוח המתיחה בתחילת המיוקן כשמידת ההתארכות בחלקה הדרומי של הפרובינציה גדולה יותר מאשר בצפונה. קיימות עדויות שההתארכות החלה בדרום פרובינציית אגן ורכס, ובהדרגה התפשטה צפונה.

טקטוניקה

המנגנונים הטקטוניים האחראים להתארכות הליתוספירה בפרובינציית אגן ורכס שנויים במחלוקת, ובניסיון להסביר אותם צצו כמה תאוריות מתחרות. המאורעות העיקריים שקדמו להתארכות הליתוספירה כללו תקופה ארוכה של דחיסה בשל הפחתה של לוח פרלון מתחת לחוף המערבי של הלוח הצפון-אמריקאי היבשתי שעוררה התעבות של הקרום. מרבית תנועות הלוחות הטקטוניים הקשורות ביצירת פרובינציית אגן ורכס התרחשו בתת-תור הנאוגן שבתור השלישון, והן נמשכות עד ימינו. בתחילת תקופת המיוקן התאכל מרבית לוח פרלון והרכס המרכז אוקייני שהפריד בין לוח פרלון ללוח הפסיפי (רכס מזרח האוקיינוס השקט) התקרב לאמריקה הצפונית. באמצע המיוקן נחת הרכס המרכז אוקייני מתחת ללוח הצפון-אמריקאי ועצר את ההפחתה לאורך חלק זה של שולי האוקיינוס השקט, יחד עם זאת לוח פרלון המשיך לנחות לתוך המעטפת. תנועה בגבול זה פיצלה את רכס מזרח האוקיינוס השקט ויצרה את העתק סן אנדראס, העתק חילוף אופקי. כיום נע הלוח הפסיפי לצפון-מערב יחסית לאמריקה הצפונית, תצורה שגרמה למאמצי גזירה מוגברים לאורך שולי היבשת.
הפעילות הטקטונית האחראית להתארכות הפרובינציה היא נושא מורכב ושנוי במחלוקת בקהילייה של מדעי כדור הארץ. על פי התאוריה המקובלת ביותר גזירה בקרום הקשורה עם העתק סן אנדראס גרמה להעתקי מתיחה ספונטניים דומים לאלו שנראו באגן הגדול. עם זאת, תנועת הלוחות לבדה אינה מסבירה את הגובה הרב של אזור אגן ורכס. מערב ארצות הברית הוא אזור של זרימת חום גבוהה הגורמת להנמכת הצפיפות של הליתוספירה ומעורר התרוממות איזוסטזית עקב כך. אזורים ליתוספירים המאופיינים בזרמי חום גבוהים הם חלשים ועיוות כתוצאה ממתיחה יכול להתרחש לאורך אזור נרחב. משום כך מקובל שההתארכות של אגן ורכס אינה קשורה לסוג התארכות שנגרמה בשל נביעת המעטפת שייתכן שגרמה לאזורי הביקוע דוגמת הצומת המשולש של עפר. התהליכים הגאולוגיים המגבירים את זרימת החום הם מגוונים, עם זאת, מספר חוקרים משערים שהחום שנוצר באזור ההפחתה מועבר אל הלוח העליון ככל שההפחתה נמשכת. נוזלים לאורך אזורי העתקים מעבירים את החום אנכית דרך הקרום. מודל זה הוביל לעניין גובר במערכות גאותרמיות בפרובינציית אגן ורכס, ולהבנה של ההשפעה המתמשכת של לוח פרלון שעבר הפחתה מלאה על ההתארכות של פרובינציית אגן ורכס.

מתחמי ליבה מותמרת

בכמה מקומות בפרובינציית אגן ורכס נחשפו סלעי התשתית המותמרת על פני השטח. כמה מהם הם מתחמי ליבה מותמרת (Metamorphic Core Complex) או בראשי תיבות MCC, מושג שפותח לראשונה על בסיס מחקרים בפרובינציית אגן ורכס. מתחם ליבה מותמרת נוצר כאשר חלקו התחתון של הקרום מועלה אל פני השטח כתוצאה מהתארכות. עד שנות ה-60 של המאה ה-20 לא הובן הקשר בין מתחמי ה-MCC בפרובינציית אגן ורכס לבין התארכות הקרום. מאז זוהו תבניות עיוות דומות במתחמי ה-MCC בפרובינציית אגן ורכס מה שהוביל את הגאולוגים לבחון אותם כקבוצה של מבנים גאולוגים קשורים שנוצרו בהתארכות הקרום בקנוזואיקון. מחקר מתחמי הליבה המותמרת סיפק תובנה חשובה על תהליכי ההתארכות שהיו ביצירת פרובינציית אגן ורכס.

געשיות

קודם לתקופת האאוקן (מלפני ±0.2 55.8 מיליון שנים עד לפני±0.1 33.9 מיליון שנים) היה קצב ההתמזגות של לוח פרלון והלוח הצפון-אמריקאי מהיר, זווית ההפחתה הייתה שטוחה, ורוחב הלוח היה עצום. במהלך האאוקן הסתיימו כוחות הדחיסה הקשורים להפחתת לוח פרלון של האורוגנזות הלרמידית, הסוויירית והנבדית. פעולות הגומלין בין הלוחות השתנו מדחיסה צולבת להעתקי חילוף, ולפני כ-40 מיליון שנים ניצתה פעילות געשית בפרובינציית אגן ורכס שבה נפלטו לבה אנדזיטית עד ריוליטית. ההשערה היא שהלוח המשיך להיות מופחת עד לפני כ-19 מיליון שנים, שאז הוא התאכל כליל והפעילות הגעשית נפסקה, בחלקה. בזלת אוליבינית מרכס מרכז אוקייני התפרצה סביב 17 מיליון שנים והחל תהליך התארכות.

משאבי טבע

בנוסף לכמויות קטנות של נפט שנתגלו בנבדה יש בפרובינציה זהב וכסף, נחושת ומינרלים תעשייתיים בין השאר: בריט, אשלג, פוספטים, גבס, זאוליט, וולאסטוניט וגארנט.