תנועת גלי המעטפת
שבמעמקי האדמה

טקטוניקת הלוחות היא תיאוריה מדעית שהוצעה לראשונה בראשית המאה העשרים על ידי המדען הגרמני אלפרד וגנר (Wegener), שהתקבלה בספקנות רבה. הרעיון שלפיו לוחות הסלע העצומים שעליהם אנו חיים יכולים להיסחף ולנוע על פני כדור הארץ נשמע אז בלתי מתקבל על הדעת. מפליא לחשוב שכבר מאות שנים קודם לכן אסטרונומים חקרו דרך טלסקופ את ירחיו של כוכב הלכת צדק ואת הטבעות של שבתאי, אולם דווקא מעמקי כדור הארץ, שקרובים אלינו הרבה יותר, נותרו עלומים. 

שלא כמו בתקופתו של וגנר, כיום מצויים בידי הגיאולוגים כלים להסברת המנגנון המניע את הלוחות הטקטוניים, כיוון שיש תמונה ברורה יותר של המבנה העמוק של כדור הארץ. הלוחות הנעים על המעטפת הצמיגה הם בעלי צפיפות נמוכה יותר מזו של שכבת החומר הלוהט המצוי עמוק בתוכה, ולכן הם צפים על גביה לפי עקרון הציפה. 

המבנה המעגלי נוצר כאשר סלעי מעטפת לוהטים וצמיגיים הנעים מחלקה העמוק של המעטפת לכיוון גבולה העליון מתקררים, הופכים צפופים יותר, ושוקעים חזרה. תנועת תאי הקונווקציה במעטפת כדור הארץ | Qa International / Science Photo Library

זרמי תנועה מעגליים

מחקר חדש שפורסם בכתב העת המדעי Nature, מוסיף עוד ממד לתיאוריה, ומציע כי הפירוק הקדום של יבשת-העל גונדוואנה (Gondwana), אחת משתי היבשות שנוצרו לאחר התפרקות יבשת-העל הראשונה פנגאה (Pangaea), יצר גלים של זרמי תנועה שמתקדמים תוך תנועה מעגלית במעטפת כדור הארץ ונעים באיטיות במשך עשרות מיליוני שנים לעבר מרכז היבשות ותורמים לעיצוב ופיסול של פני השטח.

הגבולות הגועשים של הלוחות הטקטוניים אחראים במידה רבה לעיצוב הטופוגרפיה של כדור הארץ. הדוגמה המוכרת ביותר היא התנגשות לוחות, שיצרה אזורים הרריים רבים, למשל רכס ההימלאיה בין הלוח האירו-אסייתי ללוח ההודי. לאזורי הגבול בין הלוחות יש נוף ייחודי ואופייני המשקף את סוג התנועה שלהם ביחס אחד לשני - התכנסות או התרחקות הלוחות. 

לעומת זאת, החלקים המרכזיים של הלוחות הטקטוניים מורכבים מגופי סלע יציבים ונייחים, השונים מהותית מהאזורים בגבולות. ולמרות זאת, מדענים הבחינו זה מכבר במיקום תמוה של מבנים גיאולוגיים משמעותיים באזורים יבשתיים המרוחקים מקווי התפר הטקטוניים שבהם נצפה לראות אותם. דוגמאות לכך הן רמות הרריות תלולות וגדולות ממדים כגון הרמות הברזילאיות מצפון-מערב לריו דה ז'ניירו, והרמה המרכזית בדרום אפריקה, השוכנת בעומק היבשה. גילוין של תבניות טופוגרפיות אלו באזורים יציבים טקטונית מפתיע במיוחד, אך עד כה לא נמצא להן הסבר מניח את הדעת. 

תום גרנון (Gernon), גיאולוג מאוניברסיטת סאות'המפטון בבריטניה והכותב הראשי של המאמר, הבחין כי תבנית הופעתן של הרמות הללו סדורה במיוחד. הרמות ממוקמות בזו אחר זו, החל מהאזורים הקרובים לחוף ועד לעומק היבשה ונהיות צעירות יותר - כלומר נוצרו מאוחר יותר - ככל שמתרחקים מהחוף. התבנית הזכירה לו תופעה אחרת לגמרי שחקר בעבר במרבצים הוולקניים של דרום אפריקה. אותם מרבצים, הנקראים קימברליטים, מכילים יהלומים והגיעו לפני השטח על ידי התפרצויות וולקניות שנגרמו מגלי מעטפת ארוכים ואיטיים שמחלחלים פנימה מקצוות היבשת. הדמיון בין תבנית הרמות לזו של הקימברליטים, גרם לגרנון לתהות אם מנגנון דומה אחראי לשתי התופעות. 

מבנים גיאולוגיים משמעותיים באזורים יבשתיים המרוחקים מקווי התפר הטקטוניים. רכסי הרים ברמות הברזילאיות | Tacio Philip Sansonovski, Shutterstock

תנועת החומר במעטפת כדור הארץ

על מנת לבחון את ההשערה, גרנון ועמיתיו החליטו ליצור מודל המדמה את תנועת החומר במעטפת כדור הארץ על בסיס ניתוח של כשבעים אתרים ברמות, שנוצרו לאחר היפרדות היבשות. תנועת החומר במעטפת מתרחשת ברובה במבנה מעגלי שנקרא תא קונווקציה. קונווקציה, או הַסָּעה, היא תהליך תרמודינמי שמתאר מעבר חום דרך תנועת חלקיקי גז או נוזל. המבנה המעגלי נוצר כאשר סלעי מעטפת לוהטים וצמיגיים הנעים מחלקה העמוק של המעטפת לכיוון גבולה העליון מתקררים, הופכים צפופים יותר, ושוקעים חזרה. במודל שיצרו, החלל שנפער בין הלוחות הטקטוניים המתפצלים גרם לחומרי מעטפת מותכים לנוע מעלה לכיוונו, ולהתפשט אופקית תחת בטן אדמת היבשות תוך כדי תנועה מעגלית, לפי אותו עיקרון של תא קונווקציה. הגל נע מקצה היבשת לעבר מרכזה בקצב של 15 עד 20 קילומטרים למיליון שנה והחומר המותך פוגש בשכבת הסלעים העליונה וממיס חלקים ממנה. 

הסרתה של שכבת סלעי המעטפת העליונה מניעה גל התרוממות של אזורים יבשתיים בעלי מסה פחותה אשר יצופו גבוה יותר וייצרו רמות בגובה של קילומטר אחד עד שניים, כאשר במהלך הזמן כוחות שחיקה כמו רוח ומים יגרמו לרמות לאבד עוד חומר וכתוצאה מכך לצוף ולהתרומם אף גבוה יותר. בנוסף, בתהליך שנקרא ״התחתרות לאחור״, המים בערוצים שוחקים את הסלעים שנמצאים בגובהי הרמות, ומזרימים את הסחף שנוצר, במורד הערוץ לכיוון הים. בצד המנוגד לכיוון הזרימה, השחיקה משמעותית יותר והרמה נסוגה אחורנית, וכך הרמות מתרחקות עוד לכיוון פנים היבשת. 

בנוסף להופעתן של הרמות, החוקרים מסבירים כי גילוי הגלים יכול לעזור בהבנת אירועים אקלימיים כמו עידני קרח, הכחדות המוניות קדומות, וגם רעידות אדמה תוך-יבשתיות אשר נחשבות חריגות כיוון שאלו אזורים יציבים טקטונית. עם זאת, המחקר התמקד בשבירת גודוואנה בלבד ונדרשים מחקרים נוספים כדי לבחון אם הגלים הללומופיעים גם בהתפצלויות יבשתיות נוספות.

אף על פי שהתופעה הודגמה כאן כמקרה בודד, "זהו שינוי פרדיגמה", טען ג'רואן ון הונן (Hunen), מומחה לגיאודינמיקה מאוניברסיטת דורהאם בריאיון לכתב העת המדעי Science, "אומנם לא שינוי פרדיגמה גדול כמו גילוי טקטוניקת הלוחות, אך עדיין ממצא יוצא דופן במידה רבה".