עמוק יותר, קר יותר? הסלע שמערער את התפלגות החום במעמקי כדור הארץ
סלע שהגיע לעומק של יותר מ-90 קילומטרים מתחת לפני השטח שימר עדויות לתנאים תרמיים מפתיעים. הממצא עשוי לשנות את ההבנה של המתרחש באזורי הפחתה, שבהם לוחות טקטוניים צוללים אל מעמקי כדור הארץ. לתהליכים הללו יש תפקיד מרכזי ברעידות אדמה, בפעילות געשית ובמחזור הפחמן של כדור הארץ
ככל שמעמיקים אל תוך כדור הארץ, הטמפרטורות אמורות לעלות – כך לפחות היה ידוע עד כה. אך מתחת לקרום כדור הארץ מסתתרת מערכת מורכבת בהרבה, שבה תנועת הלוחות הטקטוניים, הלחצים העצומים והמעבר של סלעים אל עומקים אדירים יכולים ליצור תנאים תרמיים מפתיעים.
כעת, ממצא בלתי-צפוי מסלע שנדד אל מעמקי כדור הארץ מציע כי באזורים מסוימים הטמפרטורה אינה מתנהגת כפי שהיינו מצפים – ואף עשויה לרדת דווקא ככל שהסלע שוקע עמוק יותר. עשויות להיות לכך השלכות על הבנתן של תופעות כגון רעידות אדמה, פעילות געשית ותנועת הפחמן בתוך כדור הארץ.
צוות מחקר בינלאומי התמקד בסלע מצפון פפואה גינאה החדשה – אזור שבו הלוחות הטקטוניים האוסטרלי (אחד הלוחות המהירים ביותר בכדור הארץ) והפסיפי (הגדול והכבד ביותר מבין הלוחות הטקטוניים בקרום כדור הארץ) נעים זה לעבר זה, וגורמים לסלעים להידחק אל מעמקי האדמה בתהליך המכונה "הפחתה" (Subduction).
מחברי המחקר, שפורסם בכתב העת Nature Geoscience, מצאו כי הסלע היה נתון לטמפרטורות של כ-800 מעלות צלזיוס בעומק של 45 קילומטרים מתחת לפני השטח, והתקרר בכ-100 מעלות צלזיוס לאחר שהגיע לעומק של למעלה מ-90 קילומטרים.
לדברי ד"ר אקסל שמיט, גאולוג וחוקר בעל שם עולמי מאוניברסיטת קרטין באוסטרליה, הממצא היה בלתי-צפוי, שכן בדרך כלל מצפים שהטמפרטורות יעלו ככל שמעמיקים אל תוך כדור הארץ. "מה שהופך את הסלע הזה למעניין כל כך היא העובדה שהוא מתעד שני תנאים תרמיים שונים מאוד, בשלבים שונים של שהותו במעמקי כדור הארץ", אמר ד"ר שמיט. "בעומק של כ-45 קילומטרים, הסלע היה חם באופן מפתיע, אך ככל שירד לעומק רב יותר, הוא נכנס לסביבה קרירה מכפי שהיינו מצפים בדרך כלל בעומק כזה".
החוקרים הצליחו לשחזר את ההיסטוריה של הסלע באמצעות ניתוח תכלילים זעירים של המינרלים קואסיט וזירקון, הכלואים בתוך המינרל גארנט. הקואסיט נוצר בתנאי לחץ גבוהים במיוחד, ובכך מספק עדות לכך שהסלע הגיע לעומק של 90 קילומטרים לפחות מתחת לפני השטח של כדור הארץ, בעוד שהזירקון מספק מידע על המועד שבו זה קרה.
ד"ר שמיט ציין כי הממצאים מערערים על המודלים הנוכחיים של התנאים התרמיים באזורי הפחתה. "הגילוי של השינוי הזה בטמפרטורות – מתנאי סביבה חמים יחסית בעומק רדוד יותר לתנאים קרים יותר בעומק רב יותר – היה בלתי צפוי", אמר ד"ר שמיט. "אפשרות אחת היא שמאמצי גזירה (Shearing) – תהליך שבו פועלים על סלע לחצים ומאמצים מכיוונים מנוגדים – עזים באזור המפגש בין הלוחות הטקטוניים יוצרים חום נוסף בעומקים רדודים יחסית. אפשרות אחרת היא שאזור ההפחתה טרם התקרר לטמפרטורות הנמוכות הצפויות".
אזורי הפחתה הם מוקדים לרעידות אדמה ולפעילות געשית. כמו כן, הם ממלאים תפקיד חשוב במחזור הפחמן ארוך-הטווח של כדור הארץ, כשהם מובילים סלעים ויסודות אל מעמקי כדור הארץ. "הממצאים מצביעים על כך שהמבנה התרמי של אזורים אלה עשוי להיות מורכב יותר מכפי שסברו בעבר, ובכך מסייעים להבין טוב יותר כיצד פועל תהליך ההפחתה לאורך פרקי זמן הנעים בין מיליוני שנים למיליארדי שנים", אמר ד"ר שמיט. "על כן, הבנת שינויי טמפרטורה אלו מסייעת לנו לגבש תמונה ברורה יותר של התנאים הקיצוניים השוררים במעמקי כדור הארץ – מקום שבו לוחות טקטוניים מתנגשים ומניעים תהליכים המעצבים את פני השטח של כוכב הלכת שלנו".