גאולוגיה של הכרמל

הכרמל מהווה שלוחה צפונית-מערבית של הרי שומרון, והוא כולל את רכס אמיר בדרום-מזרח, רמות מנשה ורכס הכרמל בצפון-מערב המגיע עד מפרץ חיפה.
הכרמל על חלקיו השונים החל להיווצר במהלך האירוע הפאן-אפריקאי – אורוגנזה שהחלה בפרקמבריון לפני כ-600 מיליון שנים, במהלכה נבנה השילד – גרעין יבשת – של אפריקה. השלבים הבאים בבניית הכרמל היו תנועה טקטונית, השקעת סלעי משקע וגעשיות, וכן תהליכי קארסט והעתקה – הנמשכים גם כיום. סימנים לתהליכים אלה ניכרים עד היום בהרי הגעש התת-ימיים הקדומים וסלעי הטוף הנחשפים ליד כרם מהר"ל, ברמת אלון ובואדי מילק סמוך לשפיה, וכן בהעתק הכרמל החוצה את העיר חיפה ועובר בסמוך לאזור התעשייה בעמק זבולון.
רכס הכרמל הוא ההר הקרוב ביותר אל הים – קירבה שלה השפעה גאולוגית חשובה על היווצרותו והתפתחותו: הרכס – שהחל את דרכו בקרקעית ים טתיס – מורכב משכבות רבות של סלעי משקע. השפעה חשובה נוספת היא תהליכים טקטוניים, הקושרים את היווצרות הקמר בקשת הסורית ובסגירתו של ים טתיס.

חלקי הכרמל

הכרמל נחלק לשלושה חלקיים גאוגרפיים נבדלים:

רכס אמיר

רכס אמיר הוא קמר שנוצר כתוצאה מהעתק חילוף שמאלי, שיצר גם את הרי נצרת בעברו השני של ההעתק. הרכס נתחם בצפון בנחל עירון, בדרום באגן נחל חדרה ובדרום-מזרח בעמק דותן. הרכס מגיע לגובה של 500 מטרים מעל פני הים, והנקודה הגבוהה בו היא פסגת הר אלכסנדר שגובהה 527 מטרים.
המסלע העיקרי הנחשף ברכס אמיר הוא גיר מתקופת הקנומן - טורון, כמו כן יש ברכס אמיר מחשופי טוף ובזלת המעידים על פעילות וולקנית תת-ימית מתקופת הקרטיקון עליון.

רמות מנשה

רמות מנשה הן חבל גבעות המהווה קער או "אוכף" מעוין ששטחו 220 קמ"ר, המפריד בין המורדות הדרומיים של רכס הכרמל לבין רכס אמיר. גבולותיו: נחל עירון בדרום-מזרח, נחל יקנעם, נחל תות ונחל דליה בצפון-מערב, עמק יזרעאל בצפון-מזרח ובקעת הנדיב בדרום-מערב. הקער הוא חלק מקער נרחב הנמשך מאזור קיסריה בדרום-מערב לשפרעם בצפון-מזרח.
הגובה הממוצע של רמות מנשה הוא כ-300 מטר מעל פני הים ופסגותיו הגבוהות מתנשאות לגובה של כ-400 מטר.
בסיס הקער מורכב מסלעי גיר ודולומיט מקרטיקון עליון. שפע המשקעים – ממוצע שנתי של 670 מ"מ – והמסלע המגוון של רמות מנשה תרמו לריבוי המעיינות והנחלים באזור – בהם נחל דליה, נחל השופט ונחל קיני. אבן הגיר הנקבובית שהורבדה מעל חרסית אטומה יוצרת אקוויפר, שהפך את הגבול בין שני סוגי הסלעים לנתיב התחתרות נוח. לאחר היווצרותו התמלא הקער בגבעות קירטוניות שנוצרו באאוקן. סלעי קירטון אלה אמנם רכים אך הם אטומים למים, ולכן הנוף הנגלה ברמות מנשה אינו מחורץ.
במזרח רמות מנשה, סמוך לקיבוץ מגידו, ניתן למצוא שרידים לגעשיות פליסטוקנית.

בניית התשתית

סלעי הכרמל מצויים על תשתית פרקמברית שהחלה להיבנות במהלך האירוע הפאן-אפריקאי. אירועים מאוחרים יותר כללו פירוק וגידוע של סלעי התשתית עד לתוך הקמבריון, געשיות תוך-לוחית שלוותה בביקוע פנגיאה, בפתיחת ים טתיס, ביצירת שולי הלוח הלבנטיני ובהשקעת סלעי משקע החל בפרם – אירועים שמקורם בתימרת מעטפת, שהתייצבה באזור בתחילת היורה. כתוצאה מכך הוצבה תשתית הכרמל באזור פעיל מבחינה טקטונית וגעשית החל מסוף הטריאס.

בניית המסלע

המסלע הנחשף בכרמל נוצר בשורה של תהליכי בנייה והרס שהחלו לפני כ-112 מיליון שנים, בקרטיקון תחתון.

קרטיקון

בשלב זה – לאחר שני מעברים מים עמוק לים רדוד – החלו להיווצר שוניות. השלב הראשון של בניית השוניות נראה בנחל מערות, והוא הושלם במהלך הקנומן בקרטיקון עליון. בתקופה זו חלו 4 מחזורים של געשיות והשקעה, ושלב נוסף של בניית שוניות. שלב ההשקעה הרביעי נמשך גם בטורון, ולאחריו חל שלב שלישי של בניית שוניות.
הסנון התאפיין בכרמל בפעילות ערה: בתחילתו החלה סגירת ים טתיס עקב התקרבות הלוח האפריקאי לעבר הלוח האירו-אסיאתי, וכתוצאה ממנו החלו להתפתח קמטי הקשת הסורית. עם סגירתו של ים טתיס התקמטו הקמרים של רכס אמיר ורכס הכרמל, וביניהם נוצר הקער של מנשה. בקער זה חלה הרבדה במימי הים התיכון – שריד לים טתיס, עת היווה אזור הכרמל מדף יבשתי. מחזור חמישי של געשיות "נקבר" כתוצאה מן הקימוט – ביחד עם שרידי המחזורים הגעשיים הקודמים.

שלישון

במיוקן היו פני הים גבוהים בכ-400 מ' מאשר בהווה, ובפליוקן חלה נסיגת הים עד לרגלי ההרים, ובהמשכו – אף מערבה להם. גובה פני הים היה אז כ-300 מ' יותר מאשר בהווה. בשלב זה החלה העתקה היוצרת את ההורסט בעוספיא המתרומם לעומת הגראבן בנחל רקפת. במקביל חלה התרוממות של האזור כולו בכ-1 ס"מ בשנה, הנמשכת גם כעת.

רביעון

בתחילת הפליסטוקן התרחשה פעילות טקטונית ערה שיצרה העתקים אנכיים עם הבדלי גובה שבין 50 ל-150 מטרים. העתקה זו גרמה להתרוממות אזור נחל אורן ולירידה של דרום-מערב רכס הכרמל.
בתקופה זו החל עידן הקרח האחרון, שגרם לירידה נוספת של מפלס פני הים – עד לגובה של כ-60 מ' יותר ממפלסו בהווה, לגדיעת הרכסים וליצירת משטחי גידוד בגבהים שונים. בתקופה זו חלו לאורך החוף השקעה והצטברות חולות, קרקעות ורכסי כורכר – ביניהם הצטברו משקעי סחף וקרקעות. בפליסטוקן החלו תהליכים קארסטיים שיצרו חלק ממערות הכרמל.

גורמים מעצבים

הגאומורפולוגיה של הכרמל מורכבת מהשפעתם של כוחות מעצבים שפעלו לאורך כל שלבי בנייתו, חלקם עדיין פעילים בהווה.

מים

למים תפקיד חשוב בעיצוב הכרמל – באמצעות השקעת סלעי משקע, יצירת התנאים להיווצרות שוניות, גידוד, קארסט ויצירת צנירים וערוצי נחלים.

גידוד ימי

גידוד הוא פעולה של מים על סלעים שתוצאתה: הסרת חלקים מן המסלע. בפליוקן ובפליסטוקן, עת שהה הכרמל מתחת לפני הים, יצרו בו גלי הים מישורי גידוד ימי הנוטים בשיפוע קל כלפי מערב המכונים "טרסות". שלוש טרסות כאלה הובחנו בצפון מישור חוף הכרמל, וגובהן מעל פני הים כיום נע בין 15 ל-62 מטרים. מישורי גידוד אלה הם היחידים המוכרים בחופי ישראל.

קארסט – הר אלף המערות

הכרמל עשיר בנופים קארסטים: מערות – בחלקן מערות נטיפים, טרשונים ואף בולענים. ריבוי המערות העניק לכרמל את הכינוי "הר אלף המערות". הסיבות לעושר הקארסטי הן מסלע גירני וריבוי גשמים, וכן צמחייה רבה המגבירה את התהליך הקארסטי באמצעות הפרשת חומצות.
אחת המערות המרשימות בכרמל היא מערת כבארה, המצויה באזור רמת הנדיב, דרומית לזכרון יעקב, במורדות הערוץ היורד ממזרח אל אזור ביצות כבארה. מערה זו היא הדרומית במערות הפרהיסטוריות בכרמל והייתה מיושבת בשנים 60,000–11,000 לפני זמננו. ארבע מערות חשובות נוספות מצויות בנחל מערות: מערת תנור, מערת גמל, מערת הנחל ומערת גדי, וכן מערת מיסליה במצוק מגדים, מערת ספונים בנחל ספונים, מערת רקפת בנחל רקפת ואתרי נחל אורן. שרידי ההתיישבויות האנושיות במערות האלה מייצגות השתרעות נרחבת של התיישבות האדם הקדמון, החל בתקופת הפלאוליתית התחתונה לפני יותר מ-500,000 שנה עד כ-250,000 שנה, עבור בתקופה הפלאוליתית התיכונה (כ-250,000-47,000 שנה לפני זמננו), בה הכרמל היה מיושב על ידי ניאנדרטלים) והאדם המודרני (הומו ספיינס) וכלה בתקופה הפלאוליתית העליונה והתקופה האפיפלאוליתית, בסופן הופיעו יישובי הקבע הראשונים של התרבות הנאטופית (כ-15-11 אלפי שנים לפני זמננו).

צנירים

צנירים עשויים להתפתח מסחיפה בגדות נחלים ונהרות, מגידוד ימי, מהמסה כימית או מזרימה תת-קרקעית של מי תהום. בכרמל מצויים צנירים רבים, אך על אף ריבויים – אין אחדות דעים בנוגע לאופן היווצרם: סברה אחת גורסת כי הצנירים בכרמל נוצרו מסחיפה נהרית, ואחרת – כי הם נוצרו כתוצאה מבליה כימית. מאמר אחר מתמקד בגידוד ימי כאופן היווצרות הצנירים, תוך שלילת אופני ההיווצרות האחרים. בחינה של מיקום הצנירים מוכיחה שאין אפשרות שאלו יהיו צנירים ימיים. צנירים ימיים אינם יכולים להיווצר במפרצים צרים כמו זה שאמור היה להיות בנחל אורן, שכן במפרצים צרים עוצמת הגלים יורדת מאוד. מחקר חדש (נ. שטאובר זיסו וחבריה) טוענים שהצנירים בכרמל הם צנירי המסה כימית. הצנירים מפותחים רק בסלעי דולומיט או גיר עמידים המאופיינים בבליה קארסטית. הצנירים הם תופעה מדרונית. במקום שבו מורבדות שכבות עמידות נוצרות במדרון מדרגות סלע שהסלע העמיד בונה את רום המדרגה. הצטברות קרקע ודרדרת בצמוד למדרגה, יוצרת חומר נקבובי היכול להכיל מים. המים המעושרים מחומצות ממיסים את הסלע ויוצרים צניר. במהלך השנים נסחפו הקרקע ושאריות הדרדרת והתגלה הצניר. גם היום, בתוך חלל הצניר, קיים משטר לחות גבוה המאפשר קיומם של אצות התורמות ללכידת חרסית בין הקליפות לסלע האם, ולהמשך התפתחות הצנירים.

חיפוש יהלומים בכרמל

מציאת קסנוליתים בסלעי הטוף עוררה בעבר תקוות למציאת יהלומים בכרמל. בשנת 1986 הוגדרו קסנוליתים אלה כסלעי קימברליט מעומק של 50–95 ק"מ. מחקר משנת 2004 טען כי אלה דומים לקימברליטים במכרות יהלומים במערב אפריקה, אך מחקרים נוספים הגדירו את הסלעים כלמפרואיט מבסיס הליתוספירה, המכילים קסנוליתים של אקלוגיט וגבישי גארנט ואוליבין.

טקטוניקה

הכרמל הוא קמר חריג בנוף הישראלי בשל כיוונו – מדרום-מזרח לצפון-מערב – בניגוד למרבית הקמרים בישראל שכיוונם מדרום-מערב לצפון-מזרח או מצפון לדרום. היווצרות הקמר הראשי קשורה בקימוט הקשת הסורית, שלאחריו חל קימוט נוסף שהרים את רכס הכרמל ורכס אמיר ויצר ביניהם את קער רמות מנשה.
הקמר של רכס הכרמל תחום במזרחו בהעתק הכרמל, והוא נחצה על ידי העתקים ראשיים המחלקים אותו לכרמל הגבוה, התיכון והנמוך, והעתקים נוספים קטנים יותר – המקבילים להעתק הכרמל. העתקים פעילים אלה נוצרו לאחר בניית המסלע, והם ניכרים על-פני השטח.

רעידות אדמה וגלישת מדרון

מערכת ההעתקים בכרמל אחראית לפעילות סייסמית ערה, והמרחק הקצר – כ-50 קילומטרים – ממערכת ההעתקים של בקע ים המלח הופכת את אזור הכרמל לפגיע בעת רעידת אדמה בעוצמה גבוהה. מסקנות מעבודה שנערכה בשנת 2006 ומטרתה הערכת סכנה לגלישות מדרון בצפון רכס הכרמל בעת רעידת אדמה, מציגות סכנה לאי-יציבות במדרונות וגלישות קרקע כתוצאה מרעידות אדמה בעוצמה בינונית וגבוהה בהעתק הכרמל ורעשים חזקים מצפון בקע ים המלח, בעיקר במדרונות תלולים.

התרוממות רכס הכרמל

בנוסף לפעילותם של העתקים, מתרחשת ברכס הכרמל התרוממות. תהליך ההתרוממות מעל פני השטח החלה, ככל הנראה, בתחילת תקופת הפליוקן ונמשכת, בקצב איטי מאוד, גם היום. הערכות החוקרים המעודכנות לקצב ההתרוממות של הכרמל נעות בין כ-60‏ ל-330‏ מ"מ לאלף שנה ב-120,000 השנים האחרונות.