הר געש של שעווה

שעווה של נר, שעליה מונחים חול ומים יכולה לשמש כמודל להתפרצות הר געש, ולאפשר לנו לראות מעין חתך שמראה מה מתרחש בתוך הר געש טרם ובמהלך התפרצותו, צפו בניסוי:

חום במעמקים

בניסוי שערכנו שמנו מתחת לשעווה מקור חום שהתיך אותה (לתוצאות 'יפות' מומלץ להשתמש במקור חום עדין יחסית, כהלייה עדיפה על מבער). בתוך כדור הארץ אין כוהלייה או מבער, אבל יש בתוכו מקורות המספקים חום רב, המספיק אפילו להתכה של סלעים. 

הראשון הוא התפרקויות רדיואקטביות של יסודות הקיימים בתוכו. רוב היסודות בעולם הם יציבים – כלומר האטומים שמהם הם בנויים יכולים להישאר במצבם ללא כל שינוי. אולם יש הרכבים מסויימים של פרוטונים וניטרונים, המרכיבים את גרעין האטום, שבהם הגרעין אינו יציב. כדי להפוך ליציב הוא מתפרק, או עובר דעיכה רדיואקטיבית, כך שהרכבו משתנה ונפלטת אנרגיה רבה. האנרגיה הזו מחממת את פנים כדור הארץ. ארבעת החומרים הרדיואקטיביים העיקריים הגורמים לחימום כדור הארץ הם – אשלגן-40, אורניום-235 ו-238 ותוריום 232 (המספרים מציינים את המסה של הגרעין – כלומר את המספר הכולל של פרוטונים וניטרונים בגרעין). תהליכים רדיואקטיביים מספקים כ-80 אחוז מהחום הפנימי של כדור הארץ. 

מקום החום השני הוא 'חום שיורי' – כאשר כדור הארץ נוצר, לפני כ-4.5 מיליארד שנה הוא היה כדור סלע לוהט. במהלך השנים הוא התקרר. מהו החום השיורי? אפשר להבין זאת עם דימוי של מאפה שיצא מהתנור, גם כעבור חצי שעה הוא עדיין קצת חם, בעיקר במרכזו, וזהו ה'חום השיורי'. באותו אופן – בתוך כדור הארץ נותר חום שיורי – שנשאר מהתקופה בה כדור הארץ נוצר. אפשר להבין שגוף ענקי כמו כדור הארץ מתקרר כל כך לאט, שאפילו אחרי 4.5 מיליארד שנים תוכו עדיין חם.

כדי להבין איך הר געש מתפרץ חשוב לציין מונח גיאולוגי נוסף שזה הלוחות הטקטוניים: חלקו החיצוני של כדור הארץ מורכב מלוחות ענקיים (לוחות טקטוניים) המהווים את היבשות ואת קרקעית האוקיינוסים. בזכות מקורות החום, הלוחות הללו נעים בתנועה איטית על מעטפת כדור הארץ, ולעיתים מתחככים זה בזה באיזור הגבול ביניהם. גם חיכוך זה יוצר חום: חככו את כפות ידיכם זו בזו במהירות. תוך מספר שניות תרגישו כי הידיים מתחממות, משום שחיכוך של שני חומרים יוצר חום. אפשר להבין שכאשר לוחות עצומים כאלה מתחככים זה בזה נוצר חום רב שיכול לתרום להתכה של סלעים באזורי הגבול בין הלוחות, ולהתפרצות של הרי געש.

חשוב להבהיר כי למרות החום הרב ובניגוד לתפיסה הרווחת – הסלעים במעמקי כדור הארץ נשמרים במצב מוצק, וזה בגלל הלחץ הרב המופעל עליהם, שמונע מהם לעבור למצב צבירה נוזלי. רק כאשר הלחץ משתחרר הסלעים אכן ניתכים. כאשר יש סלע מותך במעמקי האדמה אנו קוראים לו מגמה, וכאשר הוא פורץ אל פני השטח – אנו קוראים לו לבה.

צילום חתך

הניסוי שערכנו מדמה מעין חתך של הר געש – שמאפשר לנו לראות מה קורה בתוכו. השעווה המותכת חיפשה נתיב לפרוץ החוצה בין גרגירי החול והמים – וברגע שהנתיב נוצר – קיבלנו התפרצות. בדיוק כמו מגמה המחפשת נתיב פריצה במעמקי האדמה. רוב הרי הגעש בעולם מתפרצים בגבול בין הלוחות הטקטוניים שהוזכרו קודם. אם כי יש יוצאים מהכלל כמו הרי הגעש בהוואי אשר מתפרצים במרכזו של לוח כזה.
כאשר מסתכלים על הר געש במציאות אנו רואים רק את שפך הלבה שלו – החומר שפורץ החוצה, בניסוי כאמור ראינו מעין חתך שאיפשר לנו לראות גם דברים שהם בדרך כלל סמויים מהעין – כמו צינור ההזנה שדרכו זורם הסלע המותך, וגם את מאגר הסלע שממנו מגיעה בסופו של דבר הלבה, אשר נמצא במעמקי האדמה.

להרחבה – כתבה על המדע מאחורי התפרצות הרי געש.

תודה לגלעד פטרנקר המלמד בתוכנית הכיתה הארצית למדעי כדור הארץ, שהביא לידעתי את הניסוי ופיקח על עריכתו. כאמור בסרטון, את הניסוי פיתח פרופ' ניר אוריון מהמחלקה להוראת המדעים במכון ויצמן למדע.