משטח קרבונטי

משטח קרבונטי או מדף קרבונטי הוא מבנה משקעי בעל תבליט טופוגרפי המורכב ממשקעים קרבונטיים אוטוכתוניים. רצף של משטחים קרבונטיים המצויים במים רדודים יוצרים משטח יבשתי.

"קרבונטי" (פחמתי) מתייחס למינרלים קרבונטיים, שהנפוץ בהם הוא קלציט – המרכיב העיקרי בסלעי אבן גיר ובקירטון, וקיים בכמויות משתנות גם בסלעי חוואר. מינרל נפוץ נוסף במשטחים קרבונטיים הוא ארגוניט – פולימורף נוסף של סידן פחמתי.

היווצרות

משטחים קרבונטיים נוצרים בסביבה ימית דוגמת מדף יבשתי או לגונה. הם עשויים להתפתח במרבית המיקומים הטקטוניים, אך נפוצים בעיקר בשולי יבשת סבילים. רבים משדות הנפט בעולם נובעים משכבות סלעי המשקע המצויות לאורכם של משטחים קרבונטיים כאלה. דוגמה למשטח קרבונטי כזה היא מפרץ הדסון בקנדה.

התפתחותו וצמיחתו של משטח קרבונטי נובעת מהתפרקות שלדים או ממשקעים קרבונטיים שמקורם בחילוף חומרים של אורגניזמים והצטברותם. מסיבה זו מוגבלת היווצרותם והתפתחותם של משטחים קרבונטיים לסביבות המאפשרות את קיומם של אורגניזמים אלה, בהם יוצרי שוניות דוגמת אלמוגים וצדפות, ומיקרואורגניזמים דוגמת חוריריות וקוקוליטים.

קיומם של משטחים קרבונטיים תלוי בגורמים נוספים, בהם טמפרטורת המים ושקיפותם וכן רמת החומציות והמליחות שלהם. מסיבות אלה מצומצמת התפתחותם לסביבה טרופית ולשוליה. בסביבה כזו נוצרו בעבר משטחים קרבונטיים שנדחקו צפונה בעקבות תנועה טקטונית ומצויים כיום במפרץ הדסון ובהרי האלפים והיורה. באזור הטרופי נוצרים ומתפתחים כיום משטחים קרבונטיים דוגמת שונית המחסום הגדולה, האטולים באיים המלדיביים ומשטחים לגונריים בבליז.

תהליכים מאוחרים
משקעים שהצטברו במשטחים קרבונטיים והסתלעו במהלך הזמן הופכים לסלעי משקע דוגמת אבן גיר ודולומיט. שיעורם של הסלעים שנוצרו בסביבה זו השתנה באופן משמעותי במהלך הזמן הגאולוגי, והיווצרותם הייתה נפוצה יותר כאשר פני הים בעולם היו גבוהים יותר ושטחים יבשתיים רבים הוצפו על ידי ימים רדודים. מצבים כאלה התרחשו כמה פעמים בהיסטוריה של כדור הארץ בתקופות ארוכות בהן לא כיסו כיפות קרח גדולות את הקטבים, כפי שהן עושות כיום. מים חמים אלה יצרו משטחים נרחבים בעבר, והיוו סביבה אידיאלית להיווצרות משקעים קרבונטיים מהם.

מיון של משטחים קרבונטיים

ניתן למיין משטחים קרבונטיים על פי הביוטה המעורבת ביצירת המשקעים הבונים אותם:
משקעי שליטה ביוטית – אורגניזמים דוגמת אלמוגים מנצלים קרבונט המומס במי הים כדי לבנות שלדים קלציטיים וארגוניטיים, אשר בהתפרקותם הופכים למשקע קרבונטי.
משקעים מונעים ביוטית – משקעים אלה אינם מיוצרים בגוף האורגניזם אלא נפלטים ממנו כתוצאה מחילוף חומרים.
משקעים אביוטיים – משקעים הנוצרים בהיעדר השפעה ביולוגית או בהשפעה מצומצמת שלה.

מפעלים קרבונטיים
סוגי המשקעים הללו יוצרים סביבות השקעה אופייניות הנקראות "מפעלים קרבונטיים", שהם שילוב של סביבת ההשקעה, סוג האורגניזם המעורב ביצירת המשקע ואופן היווצרות המשטח. לכל מפעל קרבונטי פאצייס משלו, הנע על טווח רחב של צירופים.

שלושת המפעלים הקרבונטיים העיקריים הם:
מפעל טרופי – בסביבה זו נוצרים משקעי שליטה ביוטית, בעיקר באמצעות אורגניזמים אוטוטרופיים דוגמת אלמוגים, ירוקיות, חוריריות ורכיכות. משקעים אלה נוצרים במים חמים (יותר מ-20°C) ומוארים, עשירים בחמצן ודלים בחומרי מזון. סביבה כזו אופיינית לאזור הטרופי ולשוליו והיא הנפוצה ביותר כיום כסביבת השקעה למשטחים קרבונטיים.
מפעל מים קרים – סביבה זו מצויה בקווי רוחב גבוהים יותר מאלה של מפעל טרופי, ובה נוצרים משקעים מונעים ביוטית באמצעות אורגניזמים הטרוטרופיים דוגמת אדומיות. סביבה זו עשירה בחומרי מזון יותר מאשר מפעל טרופי.
מפעל תלי-בוץ – בסביבה זו נוצרים משקעים מונעים ביוטית ומשקעים אביוטיים כאחד, והיא עשירה בחומרי מזון ודלה בחמצן. מפעלי תלי-בוץ אינם פעילים כיום, והם מוכרים מתיעוד המאובנים מהפלאוזואיקון ובעיקר מהמזוזואיקון.

מבנה של משטחים קרבונטיים
קיימת שונות במבנה ובגאומורפולוגיה של משטחים קרבונטיים ובקשר בינם לבין מבנים בסביבתם:

משטח מחובר – משטח קרבונטי הקשור למסה יבשתית סמוכה. קיומם של משטחים כאלה מצביע על אפשרות חדירתם של משקעים סיליקטיים ממקור יבשתי לתוך המשקעים הקרבונטיים. דוגמה לתהליך כזה היא השקעה של גלאוקוניט ממקור יבשתי במשקע היוצר אבן גיר שאינה טהורה, טין וקירטון.
משטח מנותק – משטח כזה נקרא לעיתים "גדה קרבונטית" (carbonate bank). דוגמאות למשטח מנותק הן אטול הנוצר מעל הר געש תת-ימי סחוף והמשטחים הקרבונטיים הצמודים לכל אחד מאיי בהאמה.
למשטחים קרבונטיים מחוברים ומנותקים עשויים להיות מאפיינים גאומורפולוגיים שונים, המשפיעים באופן מהותי על הצטברות המשקעים עליהם.
משטח טבעתי – משטח בעל שוליים דוגמת חלקו הפנימי של אטול או משטח לגונה התחום במחסום כשרטון שוניתי או חולי.
כֶּבֶשׁ קרבונטי – משטח או מדף יבשתי בעל שיפוע קל (עד מעלה אחת) הנוטה לעבר ים פתוח או אוקיינוס, ואין בו מרכזי הצטברות שוניתיים או מדרונות תלולים. כבשׁים קרבונטיים נוצרו בכל עידן, אך בעיקר בתקופות בהן נעדרו אורגניזמים בוני שונית או שנוכחותם הייתה נמוכה מאוד. כבשים קרבונטיים נחלקים על פי עומקם ומרחקם מן החוף לכבשים פנימיים בטווח שבירת הגלים, כבשים תיכוניים בטווח הגאות והשפל וכבשים חיצוניים בטווח גלי סערה. מאז סוף היורה ניכרת הסטה של אזור ההשקעה העיקרי מכבשים תיכוניים לכבשים פנימיים.
מחקרים שנערכו בסביבות קרבונטיות עכשוויות מעלים הבחנה משמעותית בין משטחים טבעתיים לבין כבשים קרבונטיים הנובעת מתלילותם של הראשונים ומשיפועם המתון מאוד של האחרונים, ומצביעים על מתאם בין הסביבה בה הם נוצרים לבין מרקמם.

גאומטריה של משטחים קרבונטיים
הגאומטריה של משטחים קרבונטיים מושפעת מכמה גורמים, בהם הטופוגרפיה המקומית, מאפיינים טקטוניים ומשקעיים וחשיפה לרוחות הסחר ולזרמי ים, אך בעיקר מסוג המפעל הקרבונטי הפעיל בהם. לכן, במפעל מים קרים נוטים להיווצר כבשים קרבונטיים, במפעל טרופי – משטחים טבעתיים בעלי תבליט גבוה, ובמפעל תלי-בוץ – מבנים גבוהים חסרי תיחום גאומטרי מוגדר.

סביבת ההשקעה הנפוצה ביותר כיום למשטחים קרבונטיים היא זו של מפעל טרופי. את המשטחים הנוצרים בה ניתן לחלק לשלושה סוגים עיקריים, שלכל אחד מהם פאצייס אופייני:

שונית

שונית היא בית גידול של בעלי חיים ואורגניזמים שוכני קרקעית הבונים שלד גירי. שלדים אלה והחומרים הבונים אותם מצטברים ויוצרים מבנה קרבונטי קשיח הכולל לגונה פנימית בצדו האחד ומדרון הפונה לים או לאוקיינוס בצדו השני.

שוניות עשויות להיווצר בשני מבנים: כמשטח מחובר בחלקו הקרוב לחוף של מדף יבשתי או כמשטח מנותק דוגמת משטח טבעתי בראש אטול המתרומם מקרקעית הים.

לגונה פנימית

לגונה פנימית היא חלקו הפנימי של מבנה שוניתי, "גב-שונית" המתאפיין במים רדודים ושקטים. המשקעים המצויים בה נובעים משברי השונית ומחלקיהם הקשים של אורגניזמים המתקיימים במימיה. למשקעי לגונה פנימית של משטח מחובר עשויים לחדור חומרים ממקור יבשתי.

בכמה מקומות, דוגמת הלגונות בפלורידה קיז, נוצרות כמויות גדולות של בוץ קרבונטי באמצעות ירוקיות. כאשר הבוץ מתקשה נוצרים ממנו סלעי אבן בוץ.

מדרון
מדרון הוא חלקו החיצוני של מבנה שוניתי, "קדמת-שונית" המשתרעת על המדף היבשתי לעבר הים הפתוח. משקעי המדרון מורכבים מגרגרים גדולים יותר מאלה של המשקעים הבוציים בלגונה הפנימית, והם שוקעים ונצברים על המדרון בשכבתיות מקורית נטויה.

משטחים קרבונטיים בתיעוד הגאולוגי

המשטחים הקרבונטיים הקדומים ביותר נוצרו בפרקמבריון לפני 3.45 מיליארד שנים, והם הורכבו מרצפים של סטרומטוליטים ותרומבוליטים. סטרומטוליטים הם מבנים סלעיים כדוריים הנוצרים משכבות קונצנטריות של כחוליות הלוכדות בוץ קרבונטי על קרקעית ים רדוד. המבנה השכבתי ניכר היטב בסטרומטוליטים, אך אינו נראה בתרומבוליטים שנוצרו באותו תהליך.

סטרומטוליטים היו היחידים שתרמו לבניית משטחים קרבונטיים במשך כמעט 3 מיליארד שנים, עד המפץ הקמבריוני המציין את המעבר מהפרקמבריון לפנרוזואיקון ואת התפתחותם של בעלי חיים מורכבים. מהפלאוזואיקון החלו אורגניזמים נוספים לתרום להיווצרות משטחים קרבונטיים, בהם ברכיופודים (brachiopod) וצדפות, ובעיקר אלמוגים שהפכו לבוני-שוניות חשובים. דוגמאות למשטחים קרבונטיים קדומים מאותה עת הם הרי הדולומיטים שהיווצרותם החלה בטריאס, והמשטחים של הרי האטלס בדרום מרוקו שהחלו להיווצר בכמה מחזורים החל מהליאס.

משטחים קרבונטיים בישראל
בישראל ניכרות הצפות ימיות ובנייה של משטחים קרבונטיים לכל אורכה, מן הגליל והכרמל בצפון, דרך השומרון והרי יהודה במרכז ועד הנגב. בכרמל נחשף מערך שוניתי בנחל מערות, ובמכתשים בנגב מתאפשרת הצצה למשטחים קרבונטיים ושוניות שנחשפו בעקבות סחיפה נרחבת.

חשיבות
למשטחים קרבונטיים חשיבות פלאונטולוגית הנובעת משימור ותיעוד המאובנים בסלעיהם. תיעוד זה מכיל מאובנים מנחים המאפשר לתארך שינויים בסביבת ההשקעה ואירועים בלוח הזמנים הגאולוגי.

חשיבות נוספת של משטחים קרבונטיים היא אקולוגית. הם מהווים חלק ממחזור הפחמן באמצעות אחסון של פחמן דו-חמצני בגאוספירה כמרכיב בסלעי המשקע. שחרור של פחמן דו-חמצני בתהליכי בליה והשפעתו על שינויים אקלימיים הוא נושא למחקר נרחב.

למשטחים קרבונטיים גם חשיבות כלכלית באשר הם מאחסנים מאגרי נפט, גז טבעי ומצבורי מתכות כבדות, בנוסף לשימוש שנעשה בהם בבנייה וברוקחות.

ראו גם
גאולוגיה - מונחים
סביבת היווצרות
מדף יבשתי
סלע משקע

לקריאה נוספת

Encyclopedia of Geology, Richard C. Selley, Robin Cocks, Ian Plimer (Editors), Elsevier Academic Press, First edition 2005, 
Sedimentary Processes, Environments and Basins, Gary Nichols, Ed Williams, Chris Paola (Editors), International Association of Sedimentologists, 2007, 
Richard C. Selley, Applied Sedimentology, Academic Press, Second edition 2000,

קישורים חיצוניים
 המפעל הקרבונטי

הערות שוליים

סדימנטולוגיה
גאולוגיה ימית