מחזור הסלעים

מחזור הסלעים הוא מושג יסוד בגאולוגיה המתאר את "גלגולם" של סלעים מסוג אחד למשנהו, תוך שהם נתונים לתהליכים שונים המפרקים ויוצרים אותם מחדש.

מחזור הסלעים מתאר את השינויים הדינמיים המתרחשים בשלושת סוגי הסלעים: סלעי יסוד, סלעי משקע וסלעים מותמרים. כפי שניתן לראות בתרשים, כל סוג סלע משתנה או נהרס לחלוטין כאשר תנאי הסביבה משתנים. סלע יסוד דוגמת בזלת עשוי להישבר ולהתפרק כאשר הוא נחשף לאטמוספירה, או להתמוסס כאשר הוא נקבר מתחת ליבשת בתהליך טקטוני. כתוצאה מן הכוחות המניעים של מחזור הסלעים, טקטוניקת הלוחות ומחזור המים, סלעים יוצאים משיווי משקל סביבתי ונכפה עליהם שינוי כאשר הם פוגשים בסביבה חדשה. מחזור הסלעים מסביר כיצד סוגי הסלעים השונים קשורים זה בזה ומבהיר את תהליכי השינוי והמעבר מסוג סלע אחד למשנהו במהלך הזמן.

התפתחות היסטורית

עקרון האחידות

התפישה המקורית של מחזור הסלעים מיוחסת לג'יימס האטון, "אבי הגאולוגיה" מן המאה ה-18. מחזור הסלעים היה חלק מעקרון האחידות (uniformitarianism) שניסח האטון, הגורס כי תהליכים טבעיים פועלים באותה דרך מאז ומעולם. האטון צוטט באמרו: "no vestige of a beginning, and no prospect of an end" - שום זכר לראשית, שום סיכוי לאחרית - ביטוי שהתייחס באופן מיוחד למחזור הסלעים ולדימוי הטבע המחזורי של התהליכים הגאולוגיים.

עקרון האחידות סוכם על ידי צ'ארלס לייל בהבנה כי "ההווה הוא מפתח לעבר", כלומר תהליכים נצפים בהווה מהווים מפתח להבנת תהליכים דומים שהתרחשו בעבר.

מחזור וילסון

לתפישה של מחזור סלעים לא אבולוציוני החוזר על עצמו הייתה עליונות עד מהפכת טקטוניקת הלוחות בשנות ה-60 של המאה ה-20. עם ההבנה המתפתחת של מנגנון ה"מסוע" הטקטוני השתנתה הבנת מחזור הסלעים מתפישה של חזרה אינסופית לתפישה של תהליך אבולוציוני המתפתח בהדרגה. בעקבות זאת פותח בשנות ה-60 וה-70 "מחזור וילסון" הקרוי על שם ג'ון טוזו וילסון (John Tuzo Wilson), מחזור סלעים טקטוני הנקרא גם "מחזור יבשות העל" (supercontinent cycle). מחזור וילסון מתאר את הפתיחה והסגירה המחזורית של אגנים אוקייניים ומדגיש את חשיבות הבדל הגילאים בין קרומים יבשתיים (בני 4 מיליארד שנה ויותר) לבין אלה של קרומים אוקייניים (בני 170 מיליון שנה לכל היותר).

המחזור

סביבות היווצרות

סביבות ההיווצרות של סלעים הן נקודות חשובות ב"גלגול" בין סוג סלע אחד למשנהו. במהלך מחזור הסלעים מהוות סביבות אלה נקודות מפנה בהן משתנים התנאים, מתפרקים סלעים קיימים ונוצרים סלעים חדשים. בין סביבות ההיווצרות מתרחשים תהליכי בליה היוצרים חומרי גלם ליצירתו של הסלע הבא. תהליכים אלה חלים גם על המינרלים המרכיבים את הסלעים בכל אחד מן הגלגולים ומשפיעים על תכונותיו של הסלע החדש.

מעברים לוהטים

כאשר סלעים נדחפים עמוק מתחת לקרום כדור הארץ, הם ניתכים למאגמה. אם התנאים המאפשרים למאגמה להישאר נוזלית משתנים, הנוזל יתקרר ויתגבש לסלע יסוד. אם הסלע נוצר בעומק הוא ייקרא סלע פלוטוני ויתקרר לאט תוך יצירת מרקם גבישי גס.

דוגמה לסלעים שנוצרו בתהליך זה: גרניט וגברו.

כתוצאה מפעילות וולקנית המאגמה פורצת אל פני השטח, שם היא נקראת לבה, ואז היא מתקררת מהר ויוצרת סלעי יסוד וולקניים זעירי גביש ואף זכוכית געשית. כל אחד מסוגי הסלעים עשוי להינתך מחדש למאגמה וליצור סלע יסוד חדש.

דוגמה לסלעים שנוצרו בתהליך זה: בזלת ופומיס.

שינויים פוסט-מגמטיים

מסת סלע יסוד אינה נותרת כשהייתה. החומרים המרכיבים אותה מתחילים להתפרק וכתוצאה מכך נוצרים גזים הסודקים את הסלע ומותירים בו חללים. בחללים אלה עשויים להתגבש מינרלים שונים, דוגמת משפחת מינרלי הזאוליט. גם לפני תהליכים אלה מתרחשים תהליכי פירוק הנובעים מעצם חשיפת הסלעים לאטמוספירה. הסלעים אינם יציבים בתנאים אלה: גשם, קרה, חומצה פחמתית, חמצן וגורמים אחרים הפועלים ללא הרף מפרקים את המסה הסלעית ואת רוב מרכיביה, ואלה נישאים הלאה בתמיסות מימיות. תהליכים משניים אלה אינם מובאים בחשבון בסיווג סלעים מאחר שהתוצר הסופי הוא החשוב.

תהליכים משניים:
 אפיגנזה – השפעתם של תהליכים פיזיקליים וכימיים על הסלע לאחר היווצרותו. שינויים אפיגנטיים עשויים להתרחש במספר דרכים האופייניות לכל סוג סלע או מינרל, אף כי לרוב, יותר מאחד מן השינויים הללו יימצא בתהליך שינוי של סלע מסוים.
 סיליפיקציה – החלפת מינרלים לא סיליקטיים במינרלים סיליקטיים. תהליך זה נפוץ בסלעים פלסיים כריוליט, אך נמצא גם בסרפנטין ובסלעים ומינרלים דומים.
 קאוליניזציה – פירוק של פלדשפרים לקאולין (ביחד עם מינרלי חרסית אחרים וקוורץ). נראה היטב בגרניט ובסיאניט.
 סרפנטיזציה – הפיכת אוליבין. אופייני לפרידוטיט אך מתרחש לרוב בסלעים מאפיים (חומציים).
 כלוריזציה – שינוי מאוגיט, ביוטיט או הורנבלנדה למינרלים מקבוצת הכלוריט. נראה בדיאבז ובדיוריט.
 אפידוטיזציה – מתרחשת בקבוצת סלעים זו ומורכבת מהתפתחות אפידוט מתוך ביוטיט, הורנבלנדה, אוגיט או פלדשפר פלגיוקלזי.

מעבר להשקעה

סלעי המשקע נוצרים לרוב בארבעה שלבים: בליה, הסעה, השקעה והתקשות.
 בליה (Weathering) – הבליה יכולה להיות מכנית (גורמים מעורבים: מים, רוח, הבדלי טמפרטורה בין יום ללילה ועוד) או כימית (דוגמת קרסט).
 הסעה (transportation) - בשלב זה משמשים הגורמים שסייעו בפירוק הסלעים גם כאמצעי להסעתם: מים (נחלים וזרמי ים), קרחונים ורוח.
 השקעה (deposition) – בסופו של דבר שוקעים תוצרי הפירוק על קרקעית הים או ביבשה.
 התקשות (Lithification) – כלל התהליכים ההופכים את המשקע לסלע קשה. שני מנגנונים עיקריים אחראים ליצירת הסלע:
 דחיסה (Compaction) – לחץ המים על המשקע או לחץ סלעים גורם לסחיטת המים מתוכו. באופן זה נוצרים אבן גיר ודולומיט.
 מילוט (מלשון מלט, Cementation) – תמיסות החודרות בין גרגירי החומר השוקע מתגבשות ובכך מתקשה כל החומר. הדוגמה הנפוצה היא של קלציט החודרת לאבן חול ליצירת סלע כורכר.

מעבר להתמרה

סלעים החשופים לטמפרטורות גבוהות או לחצים עזים עוברים שינויים פיזיקליים וכימיים ויוצרים סלעים חדשים – סלעים מותמרים. תהליכי התמרה עיקריים: התמרה אזורית והתמרת מגע. כל סוגי הסלעים הם מועמדים לתהליכי התמרה.

דוגמה לסלעים שנוצרו בתהליכי התמרה: שיש וצפחה.

הכוחות המניעים את מחזור הסלעים

טקטוניקת הלוחות

בשנת 1967 פרסם ג'ון טוזו וילסון מאמר ב-Nature המתאר את הפתיחה המחזורית של אגנים אוקייניים, ובו התמקד בעיקר באוקיינוס האטלנטי. תפישה זו, שהייתה חלק מן המהפכה הטקטונית של אותה תקופה, מוכרת כמחזור וילסון. למחזור וילסון הייתה השפעה עזה על הפרשנות המודרנית למחזור הסלעים, מאחר שטקטוניקת הלוחות הוכרה ככוח מניע במחזור הסלעים.

התפשטות רכסים אוקייניים

את תחילת המחזור ניתן להניח בהתפלגות רכסים מרכז אוקייניים, במקום בו מאגמה חדשה נוצרת על ידי מעטפת כדור הארץ, זורמת כלפי מעלה ויוצרת אזור התכה. לבה בזלתית בראשיתית זו היא השלב הראשון ביצירת סלעי היסוד בחלק זה של המחזור. חשוב להדגיש כי המאגמה הפחות צפופה היא זו הנוטה לפרוץ. כאשר הרכס מתפשט והסלע החדש נישא הרחק ממנו, האינטראקציה שלו עם מי הים המתחממים יוצרת התמרה נסוגה (בליה) של הסלע החדש באמצעות סדקים.

אזורי הפחתה

כאשר הקרום האוקייני הבזלתי החדש נע הרחק מן הרכסים המתפשטים, הוא נפגש בסופו של דבר עם קרום יבשתי באזור הפחתה. כאשר הקרום הבזלתי נמשך פנימה אל תוך המעטפת, הלחץ הגובר והטמפרטורה העולה גורמים לארגון מחדש של המינרלים בסלע. התמרה זו משנה את הבזלת והופכת אותה לאקלוגיט – סלע חומצי מותמר וגס גביש. כאשר הקרום הבזלתי והמשקעים שנוצרו עליו נמשכים פנימה, מים וחומרים נדיפים אחרים נישאים ממנו אל מחוץ לאזור ההפחתה, שם הלחץ נמוך יותר. לחץ נמוך, טמפרטורה גבוהה וחומרים נדיפים שיצאו מן הסלע יוצרים מאגמה העולה ובונה וולקניזם בשולי היבשת. וולקניזם זה יוצר לבה סיליקטית יותר, המצביעה על התבדלות טובה (גיבוש מפריט). לעיתים, הקרום המותמר הנדחף למטה עשוי "להיחטף" מעלה אל שולי היבשת בעת התפרצות געשית. החומרים הגעשיים שזה עתה התפרצו נתונים לבליה נמרצת התלויה בתנאי האקלים. המשקעים שנוצרו מצטברים באגני האוקיינוסים או בשולי היבשת. כאשר הם שוקעים במעמקים, מתחיל תהליך ההתקשות שתוצרתו – סלע משקע.

התנגשות יבשות

בשלב המסיים את מחזור וילסון, שתי יבשות או פיסות קרום יבשתיות קטנות יותר נפגשות באזור התכנסות. כאשר שתי מסות אלה נפגשות, אף אחת מהן אינה יכולה להיות מופחתת מאחר שצפיפות שתיהן נמוכה עקב היותן בנויות מסלע סיליקטי. כאשר הן נפגשות, כוחות דחיפה ודחיסה מעוותים, מרימים ומשנים את גושי הסלעים הבאים במגע זה עם זה. התוצאה היא התמרה אזורית הנובעת מאורוגנזה (אירוע יצירת רכסי הרים). כאשר שתי המסות נדחסות, מתקפלות לרכס הרים ונשברות במהלך התנגשות היבשות, כל המערך הקודם של סלעים מסוגים שונים נתון לתהליך התמרה חדש זה.

בליה מואצת

הרכסים הגבוהים שנוצרו בהתנגשות היבשות נתונים כבר מראשית היווצרותם לכוחות בליה. הבליה מפרקת את ההרים ונוצרים מצבורי משקעים סמוך לשולי האוקיינוס באזורים רדודים. כאשר משקעים אלה מצטברים ונקברים הם מתקשים לסלעי משקע.

תפקידם של המים

שפיעת מים היא חיונית ליצירת מחזור הסלעים, בעיקר בתהליכי בליה וסחף. תפקידים נוספים:
 המסה של פחמן דו-חמצני ויצירת חומצה פחמתית הממיסה את הסלעים והמינרלים
 הסעת חומרי סחף ויצירת מצבורי משקעים
 יצירת אוקיינוסים בהם שוקעים חומרי הסחף והופכים לסלעי משקע
 התנדפות באגמים והשקעת מלחים היוצרים סלעים כגון גבס ומלח
 פירוק סלעים וולקניים בקרקעית האוקיינוס

קישורים חיצוניים

 מחזור וילסון

פטרולוגיה