תצורת חתרורים

תיאור, כינויים ושמות

הסלעים של תצורת חתרורים מופיעים כמחשופים צבעוניים, בגוונים של ירוק, אדום ושחור. צורתם אינה מסודרת, ואין בהם מבנה של שכבות על אף שמקורם בסלעי משקע. בתוך הסלעים עורקים וסדקים רבים, צבעוניים אף הם, בגוונים של ירוק, סגול, צהוב ולבן.
הצבעוניות של הסלעים במורד הדרך מירושלים לים המלח (הניכרת בייחוד אחרי גשם) משכה תשומת לב בזמנים קדומים. בראש המעלה מבחינים בסלעים צבעוניים, חלקם בצבע אדום שנתנו לדרך את שמה - דרך מעלה אדומים."וְעָלָה הַגְּבוּל דְּבִרָה מֵעֵמֶק עָכוֹר וְצָפוֹנָה פֹּנֶה אֶל הַגִּלְגָּל אֲשֶׁר נֹכַח לְמַעֲלֵה אֲדֻמִּים אֲשֶׁר מִנֶּגֶב לַנָּחַל" (ספר יהושע,ט"ו, ז'). גם שמות בערבית למקומות לאורך הדרך מתייחסים לצבע הסלעים: "חאן אל אחמר" (החאן האדום), "טלאת א-דם" (מעלה הדם) ו"קלעת א-דם" (מבצר הדם).
האזור בו מופיעים הסלעים הצבעוניים זכה לכינוי "האזור המגוון" ("The Mottled Zone"), כינוי המקובל גם בימינו. את השם חתרורים לתצורה נתנו ב-1949 יעקב בן-תור ועקיבא פרומן על בסיס השם בערבית "אל חתרורה" המופיע בשני מקומות בארץ: בבקעת חתרורים, ובאכסניית השומרוני הטוב, בראש דרך מעלה אדומים, הקרויה "חאן אל חתרור" או "חאן חתרורה". בשני המקומות מצויים הסלעים הצבעוניים האופייניים לתצורת חתרורים.

תפוצה

מחשופים של סלעים מתצורת חתרורים מופיעים בכמה מקומות באזור יהודה: מחשופים קטנים סמוך לכביש ירושלים-תל אביב מול כפר שמואל, ליד כפר אוריה וממערב לעיירה תרקומיא; מחשופים גדולים יותר במעלה אדומים, במצודת הורקניה, באזור נבי מוסא, ובג'בל חָרמון (מצפון לבקעת הורקניה). המחשוף הגדול ביותר, בשטח של כמה עשרות קמ"ר, נמצא בבקעת חתרורים מדרום מזרח לערד. מחשופים נוספים מוכרים בירדן: מָקָרין בצפון ירדן, סווילה במרכזה, ודבא-סיווקה מזרחית לים המלח. כל המחשופים הידועים של תצורת חתרורים מופיעים בתוך קערים גאולוגיים – סינקלינות. סך כל שטח המחשופים של תצורת חתרורים מגיע לכמה מאות קמ"ר.

התאוריה של היווצרות התצורה

את תחילת הפתרון לתעלומה הציעו לראשונה בשנות ה-20 של המאה ה-20 צמד גאולוגים בריטים, ברייס ויילי (Bryce Kerr Nairn Wyllie נפטר ב-1952) וג'ורג' ליס (George Martin Lees‏ 1955-1898) שעבדו עבור חברת הנפט האנגלו-פרסית (Anglo-Persian Oil Company) וסקרו עבורה שטחים במזרח התיכון. השניים טענו כי ההתמרה של סלעי המשקע הימיים התרחשה כתוצאה מחום גבוה שמקורו בשריפה של הביטומן שהיה ספוג בסלעים של תצורת ע'רב וטקיה. קיומם של המינרלים של טמפרטורות גבוהות שכנע את הצוות של בן-תור בנכונות ההשערה. הוכחה נוספת לכך שסלעי חתרורים הם תוצאה של חימום הם עמודונים פריזמטיים השכיחים באזור המגע בין סלעי חתרורים לסלעי הסביבה. העמודונים דומים בצורתם וכנראה גם בדרך יצירתם לעמודונים דומים דוגמת העמודים המשושים של בריכת המשושים או העמודונים מאבן החול ב"נגרייה" שבמכתש רמון. זוהי תופעה מוכרת הנובעת מהתקררות גופים חמים.
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-1100°C. על סמך העובדה שלא זוהו סימני התכה בסלעי חתרורים ברור שהטמפרטורה לא הגיעה ל-1300°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.

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.
שימוש אחר לתצורת חתרורים היה בבחינת הבליה של בטון תעשייתי. קבוצת מחקר בינלאומית רצתה לבדוק את עמידות הבטון לבליה לאורך זמן ממושך על מנת לקבל החלטה האם ניתן לקבור חומרים רדיואקטיביים בבטון מתחת לקרקע. כיוון שזמן מחצית חיים של חומרים רדיואקטיביים יכול להיות ארוך מאוד, לא ניתן לבדוק את הבליה של בטון תעשייתי, שייצורו החל רק במחצית הראשונה של המאה ה-19. לשם כך נעשה המחקר במחשוף חתרורים שליד מָקָרין בצפון ירדן, שם עברו הסלעים את תהליך הבליה (כלומר מעבר ממינרלי מלט למינרלי בטון) במלואו, והם כיום גושים הבנויים ממינרלי בטון, ולכן יכלו לשמש להדמיה של התנהגות ועמידות בטון לאורך זמן.
בבקעת חתרורים (לא הרחק מצומת חתרורים והעיר ערד) התגלו בתי מלאכה לייצור כלים דו פניים מסלעים המכילים לרניט (Larnite bearing rock). ידועים שלושה אתרי חציבה וסיתות שבהם חצבו את חומר הגלם (בולבוסי לרניט) וסיתתו מהם גרזנים וכילפות (Hatchet\Adzeׂׂ), כלים נפוצים בתקופה הנאוליתית והכלקוליתית. לא ידוע מאין באו סתתי הלרניט ולאן נלקחו הכלים שיצרו.