ספלאותם

ספלאותמים (מיוונית עתיקה "ספליון" – מערה, "תמה" – משקע), בעברית משקעי מערה, הם משקעי מינרלים שניוניים הנוצרים במערות. הספלאותמים נוצרים בדרך כלל במערות המסה באבן גיר או בדולומיט. המונח ספלאותם נטבע על ידי ג'ורג' מור (George W. Moore) ב-1952, כהלחם בסיסים של המילים מערה ומשקע ביוונית עתיקה. ההגדרה של "ספלאותם" במרבית הפרסומים, מחריגה ספציפית משקעי מינרלים שניוניים במכרות, מנהרות ומבנים מעשי ידי אדם. קרול היל (Carol Hill) ופאולו פורטי (Paolo Forti), מחברי הספר "מינרלי מערות בעולם" (Cave Minerals of the World), הגדירו בצורה מדויקת יותר "מינרלים שניוניים" היוצרים ספלאותמים במערות כ: מינרל שניוני הוא מינרל הנגזר בתגובה כימית פיזיקלית ממינרל ראשוני המצוי בסלע האם או בסלע משארי ומושקע כתוצאה מתנאים ייחודיים במערה; כלומר סביבת המערה השפיעה על שקיעת המינרל. — Encyclopedia of Caves and Karst Science נכון ל-2011 זוהו 319 סוגים של משקעי מינרלים במערות. הרוב המכריע של ספלאותמים הם גירניים, מורכבים מסידן פחמתי בצורת קלציט או ארגוניט, או סידן סולפט בצורת גבס, אם כי זוהו גם ספלאותומים שנוצרו ממלח, גופרית ומינרלים אחרים. ספלאותמים גירניים נוצרים מתגובות המסה של קרבונט. מי גשמים מגיבים עם CO2 בקרקע על מנת ליצור חומצה חלשה באמצעות התגובה הכימית: H2O + CO2 → H2CO3 כשהמים המעט חומציים (pH נמוך) מחלחלים מפני השטח דרך סדקים בסלע האם הבנוי מסידן פחמתי אל תקרת המערה הם ממיסים את הסלע באמצעות התגובה הכימית: CaCO3 + H2CO3 → Ca2+ + 2 HCO3− כשהתמיסה מגיעה למערה מתבצע תהליך של שחרור גזים בשל תכולת ה-pCO2 הנמוכה הגורר תגובת שיקוע של CaCO3‏: Ca2+ + 2 HCO3− → CaCO3 + H2O + CO2 עם הזמן משקעים אלו מצטברים על מנת ליצור נטיפים, זקיפים ומשטחים גירניים, המהווים את הקטגוריות העיקריות של ספלאותמים. הגוון של ספלאותמים העשויים מסידן פחמתי טהור הוא לבן שקוף, אבל לעיתים קרובות הספלאותמים צבועים בגוונים אחרים בשל הכללה של חומרים כימיים כדוגמת תחמוצת ברזל, נחושת או תחמוצת מנגן, או שהגוונים שלהם חומים בשל חדירה של חלקיקי בוץ וטין למשקעים. משקעים דומים הנוצרים במבני בטון והמכונים קלתמיטים (Calthemites) נוצרים בתהליכים כימיים שונים לגמרי מספלאותמים. ספלאותמים קיימים במגוון רב של צורות כתלות בדרך שבה המים טפטפו, חלחלו, התעבו, זרמו או יצרו בריכות. ספלאותמים רבים מכונים על פי דמיונם לחפצים מעשי ידי אדם או טבעיים. סוגי הספלאותמים כוללים: אבן טפטוף (Dripstone) – סידן פחמתי בצורת נטיפים או זקיפים נטיפים הם עמודים מחודדים התלויים מתקרת המערה, שממנה הם גדלים קשי שתייה (Soda straws) – נטיפים דקים מאוד וארוכים שצורתם גליל מאורך בניגוד לצורה החרוטית האופיינית לנטיפים הליקטיטים (Helictites) – נטיפים שלהם יש תעלה מרכזית שממנה מתפצלים ענפים או ספירלות שנראה כאילו הם קוראים תיגר על כוח המשיכה כולל צורות הנראות כמו סרטים, מסורים, מוטות, פרפרים, ידיים, צ'יפס מסולסל ו"צבירים של תולעים" נברשות (Chandeliers) – צבירים מורכבים של קישוטים על התקרה נטיפי סרט (Ribbon stalactites) – שצורתם כשל סרטים זקיפים – ההפך מנטיפים, עמודים הצומחים מהרצפה, לעיתים קרובות צורתם כשל תלים מעוגלים מקלות מטאטא (Broomstick stalagmites) – גבוהים מאוד ושבריריים עמודי טוטם (Totem pole stalagmites) – גבוהים ומעוצבים כמו עמוד טוטם ביצת עין (Fried egg stalagmites) – נמוכים ורחבים יותר מגובהם עמודים (Stalagnate) – נוצרים כאשר נטיפים מתחברים עם זקיפים או שהנטיפים מגיעים לקרקעית המערה משטח גירני (Flowstone) – דמוי יריעות ומצוי על קירות המערה או קרקעיתה. וילונות (Draperies) – יריעות דקות גליות של קלציט התלויות מהתקרה. קותל חזיר (Bacon) – וילון שבתוכו רצועות בגוונים משתנים אבן שוליים (Rimstone) – נוצרת באדוות של זרמים ויוצרת מחסומים שמאחוריהם יכולים להצטבר מים מפל אבן (Stone waterfall) – צורה הדומה למפל מים קפוא גבישי מערות (Cave crystals) גבישי שן הכלב (Dogtooth spar) – גבישי קלציט גדולים המצויים לעיתים קרובות בסמוך לבריכות עונתיות Frostwork – צביר של גבישי קלציט או ארגוניט בצורת מחטים חלב ירח (Moonmilk) – משטח לבן בגוון קרם אנתודיט (Anthodite) – צבירים של גבישי ארגוניט בצורת פרח גבישי קלציט קריוגניים (Cryogenic calcite crystals) – גרגרים רופפים של קלציט המצויים על קרקעית המערות ונוצרו על ידי הפרדה של מומסים כתוצאה מקפיאת המים. אחרים פופקורן מערות (Cave popcorn) – מכונים גם "אלמוגי מערות" (coralloids), הם צבירים קטנים גבשושיים של קלציט פניני מערה (Cave pearls) – תוצאה של מים המטפטפים מגובה רב, הגורמים לגביש ראשוני להתהפך שוב ושוב עד שהם יוצרים כדורים כמעט מושלמים של סידן פחמתי רפסדות קלציט (Calcite rafts) – יריעות דקות של קלציט הצפות על פני בריכות מים במערות. קיימות תצורות נוספות הנוצרות במערות והן טכנית אינן ספלאותמים על פי ההגדרה. Boxwork ("מעשה קופסה") – מחיצות הבולטות מתקרת המערה ויוצרות תאים דמויי חלת דבש. אלו נוצרו בהמסה של סלע האם ולא בהשקעה של מינרלים ולכן הן אינן ספלואותמים אלא ספלאוגנים. סנוטיטים (Snottite) הם מושבות של חיידקים (בדרך כלל Acidithiobacillus thiooxidans) המחמצנים גופרית והיוצרים נטיפים על תקרת מערות שמרקמם רירי. תצורות דומות לספלאותמים יכולות להיווצר גם בצינור לבה, אך הדרך בה נוצרו אינה על ידי השקעה אלא על ידי התקררות של לבה שיורית בתוך צינור הלבה. גורמים רבים משפיעים על הצורה ועל הצבע של תצורות הספלאותם, כולל קצב וכיוון חלחול המים, כמות החומצה במים, הטמפרטורה ומידת הלחות של המערה, זרמי אוויר, האקלים על פני השטח, כמות הגשמים השנתית והצפיפות של כיסוי הצמחייה מעל למערה. מרבית הכימיה של המערות עוסקת בסידן פחמתי (CaCO3), המינרל העיקרי בסלעי אבן גיר ודולומיט. זהו מינרל מסיס במקצת שמסיסותו מתגברת בסביבה של פחמן דו-חמצני (CO2). באופן פרדוקסלי מסיסותו קטנה ככל שהטמפרטורה עולה, בניגוד להתנהגות מרבית המוצקים המומסים. קיטון זה הוא עקב פעולת הגומלין עם הפחמן הדו-חמצני, שמסיסותו מצטמצמת ככל שהטמפרטורה עולה. כאשר הפחמן הדו-חמצני משתחרר ונפלט מהמים, הסידן הפחמתי שוקע. מרבית מערות ההמסה האחרות שאינן שוכנות בתוך אבן גיר או דולומיט שוכנות בתוך גבס (סידן סולפט), שהמסיסות שלו גדלה עם הגידול בטמפרטורה. ספלאותמים נחקרים כסמני אקלים משום שמיקומם בתוך סביבת מערות והתבנית של צמיחתם מאפשרת להם להוות ארכיון לכמה משתני אקלים. הסמנים העיקריים שנמדדים הם איזוטופים של חמצן ופחמן וקטיוני קורט. סמנים אלו, כשלעצמם או יחד עם מידע של סמני אקלים אחרים, יכולים לספק רמזים לכמות המשקעים, הטמפרטורה ושינויי הצמחייה לאורך 500,000 השנים האחרונות. חוזקה ייחודית של ספלאותמים בהקשר זה היא יכולתם הייחודית להיות מתוארכים במדויק לאורך מרבית תקופת הרביעון האחרונה תוך שימוש בטכניקת תיארוך אורניום-תוריום. איזוטופים יציבים של חמצן (δ18O) ופחמן (δ13C) נקלטים היטב בספלאותמים, ומספקים מידע ברמה גבוהה של רזולוציה המאפשר להראות שינויים שנתיים בטמפרטורה (האיזוטופים של החמצן משקפים בעיקר את הטמפרטורה של הגשם) והמשקעים (איזוטופים של פחמן משקפים בעיקר את היחס C3/C4 בהרכב הצמחייה ופוריות הצמחים, אבל הפרשנות מסובכת לעיתים קרובות). על ידי ביצוע דגימות של חתך מתוארך של ספלאותם מתקבל מערכי איזוטופים אלו ומקצב הגידול של הספלאותם תיעוד של האקלים הקדום בדומה לאלו המתקבלים מליבות קרח. שינויים במשקעים משנים את הרוחב של היווצרות טבעת חדשה, שבה טבעת סגורה מעידה על כמות גשמים קטנה, וטבעת פתוחה רחבה מעידה על גשם כבד. גם לגאומטריה של צמיחת הנטיפים יש חשיבות במחקר האקלימים הקדומים. הגאומטריה מושפעת מהמרחק אותו המים עוברים מפני השטח ומקצב זרימתם. זרמים חלשים ומרחק קצר יוצרים נטיפים צרים, בעוד שזרמים חזקים ומרחק רב נוטים לייצר נטיפים רחבים יותר. בנוסף, מדידת קצב הטפטוף וניתוח יסודות קורט בטיפות המים הוכחו כמתעדים ברמת רזולוציה גבוהה שינויים קצרי-מועד באקלים כדוגמת תנאי בצורת המיוחסים לאירועי האקלים של אל ניניו. טכניקה מודרנית היא שימוש בטומוגרפיה ממוחשבת על דגימות שלמות על מנת לנתח דחיסות. אזורים בספלאותם שהם דחוסים יותר מעידים על משקעים רבים יותר. תצורות שונות בהיכל מלכי ההר (Ogof Craig a Ffynnon) בדרום ויילס בבריטניה נטיפים ועמודים במערות נצ'ורל ברידג' (Natural Bridge Caverns), טקסס בארצות הברית תצורת וילון במערות מרבל ארץ' (Marble Arch Caves) במחוז פרמנה בצפון אירלנד מערות קליפורניה (California Caverns), מחוז קלאוורס בקליפורניה, אחת מהמערות הרבות השוכנות למרגלות רכס הסיירה נבדה עמודים במערת ביסראויקה באי קרק בקרואטיה מירה בר-מטיוס, אבנר אילון ואנטון ווקס, שיחזור אקלים וסביבה: עדויות ממשקעי מערות (ספלאותמים) מהלבנט. באתר המכון הגיאולוגי לישראל. אבנר אילון ומרים בר–מטיוס, המערה הסודית (מערת שורק). בשביל הארץ 2010, 42-45. מדיה וקבצים בנושא ספלאותם בוויקישיתוף ספלאותם, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) Self, Charles A.; Hill, Carol A. (2003). "How speleothems grow: An introduction to the ontogeny of cave minerals" (PDF). Journal of Cave and Karst Studies. 65 (2): 130–151. ISSN 1090-6924. The Virtual Cave: an online guide to speleothems Mineral aggregates from carst caves, formed in capillary film solutions Speleothems from National Park Service Cave and Karst Program Carol Hill, Paolo Forti, Cave mineralogy and the nss: past, present, future solutional cave – מערה הנוצרת כתוצאה מתהליך המסת הסלע בו היא שוכנת בהשפעת חומצות כדוגמת חומצה פחמתית. לדוגמה, מערת נטיפים flowstone – משקעים בצורת יריעות הנוצרים על קירות המערה או על קרקעיתה. ice core – גליל קרח המוצא מקידוח עמוק בעיקר בקרחונים של אנטארקטיקה והמשקף את תולדות האקלים לאורך תקופה המשתרעת על מאות אלפי שנים Memorial to George W. Moore (1928–2007) Onac, Bogdan; Forti, Paolo (2011). "State of the art and challenges in cave minerals studies". Studia Universitatis Babes-Bolyai, Geologia (באנגלית). 56 (1): 33–42. doi:10.5038/1937-8602.56.1.4. ISSN 1937-8602. Hendy, C. H (1971-08-01). "The isotopic geochemistry of speleothems—I. The calculation of the effects of different modes of formation on the isotopic composition of speleothems and their applicability as palaeoclimatic indicators". Geochimica et Cosmochimica Acta. 35 (8): 801–824. doi:10.1016/0016-7037(71)90127-X. White, William (2012). "Speleothem microstructure/speleothem ontogeny: a review of Western contributions". International Journal of Speleology (באנגלית). 41 (2): 329–358. doi:10.5038/1827-806x.41.2.18. ISSN 0392-6672. White, William (2016-02-09). "Chemistry and karst". Acta Carsologica (באנגלית). 44 (3). doi:10.3986/ac.v44i3.1896. ISSN 0583-6050. Zak Karel, Karel; Urban, Jan; Cilek Vaclav, Cilek; Hercman, Helena. "Cryogenic cave calcite from several Central European caves: age, carbon and oxygen isotopes and a genetic model". Extremely acidic, pendulous cave wall biofilms from the Frasassi cave system, Italy Fairchild, Ian J.; Smith, Claire L.; Baker, Andy; Fuller, Lisa; Spötl, Christoph; Mattey, Dave; McDermott, Frank; E.I.M.F. (2006-03-01). "Modification and preservation of environmental signals in speleothems". Earth-Science Reviews. ISOtopes in PALaeoenvironmental reconstruction (ISOPAL). 75 (1–4): 105–153. doi:10.1016/j.earscirev.2005.08.003. Richards, David A.; Dorale, Jeffrey A. (2003-01-01). "Uranium-series Chronology and Environmental Applications of Speleothems". Reviews in Mineralogy and Geochemistry (באנגלית). 52 (1): 407–460. doi:10.2113/0520407. ISSN 1529-6466. McDermott, Frank (2004-04-01). "Palaeo-climate reconstruction from stable isotope variations in speleothems: a review". Quaternary Science Reviews. Isotopes in Quaternary Paleoenvironmental reconstruction. 23 (7): 901–918. doi:10.1016/j.quascirev.2003.06.021. Li, Zheng-Hua; Driese, Steven G.; Cheng, Hai (2014-04-01). "A multiple cave deposit assessment of suitability of speleothem isotopes for reconstructing palaeo-vegetation and palaeo-temperature". Sedimentology (באנגלית). 61 (3): 749–766. doi:10.1111/sed.12078. ISSN 1365-3091. "Picture Climate: What Can We Learn From Caves? | NOAA Climate.gov". www.climate.gov. McDonald, Janece; Drysdale, Russell; Hill, David (2004-11-01). "The 2002–2003 El Niño recorded in Australian cave drip waters: Implications for reconstructing rainfall histories using stalagmites". Geophysical Research Letters (באנגלית). 31 (22): L22202. doi:10.1029/2004gl020859. ISSN 1944-8007. Walczak, Izabela W.; Baldini, James U. L.; Baldini, Lisa M.; McDermott, Frank; Marsden, Stuart; Standish, Christopher D.; Richards, David A.; Andreo, Bartolomé; Slater, Jonathan (2015-11-01). "Reconstructing high-resolution climate using CT scanning of unsectioned stalagmites: A case study identifying the mid-Holocene onset of the Mediterranean climate in southern Iberia". Quaternary Science Reviews. Novel approaches to and new insights from speleothem-based climate reconstructions. 127: 117–128. doi:10.1016/j.quascirev.2015.06.013.