פלאומגנטיזם

פלאומגנטיזם הוא תחום לימוד בגאולוגיה העוסק בחקר עברו של השדה המגנטי של כדור הארץ כפי שנשמר במינרלים מגנטיים לאורך זמן. המחקר בתחום זה הגיע לידי השערה כי השדה המגנטי של כדור הארץ משתנה בצורה ניכרת הן בכיוונו והן בגודלו לאורך הזמן.

לימוד השדה המגנטי ההיסטורי מתבצע על ידי מדידת הכיוון המגנטי של מינרלים וסלעים כפי שהוטבע בהם בעת היווצרותם. נבדקים מדגמים מסלעים המצויים בשכבה, שמועד היווצרותה נקבע על פי קריטריונים מקובלים. תוצאות הבדיקה מאפשרות להעריך את מאפייני השדה המגנטי של כדור הארץ בזמן שהתגבשו.

שינויים בשדה המגנטי של כדור הארץ

נטייה מגנטית

לכדור הארץ שדה מגנטי, וקטביו קרובים כיום לקטבים הגאוגרפיים של הכדור: הקוטב הצפוני והקוטב הדרומי. הקטבים המגנטיים ועצמתם משתנים עם הזמן, ונמדדים באופן יומי. נראה שבמאפייני השדה חלים שינויים גדולים על פני טווחי זמן גאולוגיים, המגיעים אף להיפוך הקטבים המגנטיים. כיוונו של הצפון המגנטי (יחסית לצפון האמיתי) נקרא נטייה מגנטית.

הנטייה המגנטית בארץ ישראל בשנת 2006 היא 3.6 מעלות מזרחה. היא גדלה לאורך השנים, כאשר בשנת 1976 - השנה הראשונה בה בוצעו המדידות הארץ - הייתה 2.6 מעלות מזרחה. הבדלים בנטייה קיימים בין אזורי הארץ. מידת הנטייה מן האופק של השדה המגנטי נקראת אינקלינציה והיא משתנה מכאפס בקו המשוה עד 90 מעלות - כלפי מעלה - בקוטב המגנטי הדרומי ועד 90 מעלות - כלפי מטה - בקוטב המגנטי הצפוני.

השתמרות נתוני השדה המגנטי בסלעים

בסלעים רבים יש כמות זעירה של מינרלים מגנטיים (כמו מגנטיט והמטיט), השומרים על נתוני השדה המגנטי כפי שהיו בזמן היווצרותם. המינרלים "מסתדרים" בהתאם לכיוון השדה תוך התגבשות הלבה לסלע געשי או תוך שקיעה על קרקעית של סביבה מימית בסלעי משקע. כך נוצרת בסלע מגנטיות מסוימת, שהיא תוצאה מצטברת של גבישים מגנטיים זעירים רבים.

מגנטיות זו מוטבעת בסלע ואינה משתנה עוד אלא אם הסלע מתחמם עד לנקודת קירי - שבה הוא מאבד את התכונות המגנטיות. טמפרטורות קירי של ברזל היא 770 מעלות צלזיוס ושל ניקל - 360.

במחקר פלאומגנטי נדגמים סלעים מתאימים, תוך קביעה מדויקת של הכיוון שלהם. הכיוון המגנטי של המדגמים - שנקבע בעת היווצרותם - נבדק במעבדה באמצעות מכשור רגיש. הכיוון המגנטי כולל את זווית הנטייה המגנטית ואת זווית הנטייה מאופק השדה המגנטי, כך שניתן להשוות את הכיוון המגנטי הנוכחי של הבלוק ממנו נלקח המדגם ביחס לכיוון המקורי. אם השינוי בכיוון מיוחס לפעילות טקטונית, ניתן לשחזר את מגמת הפעילות ואת עצמתה.

דוגמאות לשימוש בפלאומגנטיזם

חקר האדם הקדמון

כיום נעשה שימוש בפלאומגנטיזם לצורך חקר שרידי האדם הקדמון ברמות הבזלתיות של מזרח אפריקה לאורך השבר הסורי-אפריקני. כיוון השדה המגנטי המוטבע בסלעי הבזלת מאפשר לתארך את הממצאים בדיוק רב וכך לקבוע את תקופת התקיימותם של מיני הומינינים קדומים.

חקר תופעות קדמוניות אחרות בארץ ישראל

מי שנחשב לאב המייסד של המחקר הפליאומגנטי בישראל הוא פרופ' חגי רון, שהקים את המעבדה הראשונה בארץ לחקר הפליאומגנטיזם. בתחילה שכנה במכון הגיאופיסי לישראל ואחר כך, רון העביר אותה למכון למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית בירושלים.

באוגוסט 2020 פורסם, ששוחזר השדה המגנטי מיום חורבן בית המקדש הראשון. מדובר במחקר משותף לאוניברסיטת תל אביב, האוניברסיטה העברית ורשות העתיקות. החוקרים הגיעו לממצאיהם על בסיס ניתוח שרידי מבנה גדול שקרס בזמן חורבן הבית. עבודה זו היא דוגמה מובהקת למחקר בין תחומי, ולשיתוף פעולה של ארכאולוגים עם גאופיזיקאים, כאשר הארכאולוגים מביאים את התמונה ההיסטורית ולעיתים גם את התיארוך, והגאופיזיקאים עוסקים בניתוח מסוג אחר של השרידים שנמצאו בחפירה.

הרי השומרון

תצפיות פלאומגנטיות בסלעים געשיים וגיריים מאפשרים שיחזור היסטוריה טקטונית. יעקב מימרן וגדעון בר מהמכון הגיאולוגי לישראל בדקו את התפתחות ההעתקה בקמר הפריעה במזרח השומרון. הקמר התאים למטרה שכן הטור הסטרטיגרפי החשוף - השכבות הגלויות - כולל סלעים בעובי העולה על 2,500 מטר השייכים לחבורת ערד מגיל היורה ולחבורות: כורנוב, יהודה, הר הצופים, עבדת, טבריה וים המלח מגיל הקרטיקון ועד להווה.

במחקר הראשוני נבדקו רק סלעים געשיים, שלהם תכונות מגנטיות ברורות יותר מאשר לסלעי משקע. הסלעים שייכים לתצורת תיאסיר מגיל קרטיקון תחתון, הכוללת שני שפכי בזלת שונים לפחות, ומהבזלת התיכונה שגילה מיוקן עליון. מדגמים הוצאו מ-24 אתרים בארבעה ריכוזים עיקריים: באזור ואדי מאליח ובין מרמא פיאד וסדת א-טליב שבשולי בקעת הירדן.

המסקנות היו כי אזור ואדי מאליח עבר סיבוב של 20 מעלות סביב ציר אנכי נגד כיוון השעון מאז הקרטיקון התחתון. הסלעים הצעירים יותר מ-5.8 מיליון שנה, ליד בקעת הירדן, לא עברו כל סיבוב. מגמת הסיבוב (נגד כיוון השעון) דומה לזו שנמצאה במחקרים אחרים באזורי הר החרמון, טבריה וכורזים, אך מידת הסיבוב שונה בכל אחד מהאזורים. המסקנה היא שמנגנון הסיבוב האפשרי הוא תנועה אופקית ימנית של מערכת ההעתקים בכיוון צפון-צפון-מערב, שהביאה לסיבוב הבלוקים וההעתקים עצמם לכיוון צפון-מערב.

החוקרים מסכמים: "קמר הפריעה התנהג כבלוק 'עצמאי'". רוטציה של בלוקים בקמר תוך תזוזה ימינה על העתקים בין הבלוקים תואמת מבחינה טקטונית את התנועה האופקית השמאלית לאורך בקע הירדן". תנועה זו באה לידי ביטוי בהעתקי הרוחב לאורך הרי השומרון.

פלאומגנטיזם ברמת הגולן

ניתן להבחין בפלאומגנטיזם הפוך, חזק ביותר, באתר סלע בבזלת המכונה "נקודת הפלאומגנטיזם" (Paleomagnetism site) ברמת הגולן. האתר נמצא בכביש 959 היוצא מצומת גונן בגולן בואכה צומת האמיר (צומת וסט) משמאל לכביש. באתר עצמו ישנם סלעים רבים בעלי סטייה מגנטית, ואם נקרב אליהם מצפן, הוא יסטה מן הצפון המגנטי בסטייה של 20 עד 40 מעלות.

סלע הפלאומגנטיזם ברמת הגולן

אין זה המקום היחידי בגולן בו התגלתה תופעה זו, אך זהו המקום הנוח ביותר לגישה. סטייה זו אינה תוצאה של היפוך מגנטי, אלא של מכת ברק בסלע תוך כדי התקשותו לפני גיבושו הסופי. פגיעת הברק משבשת את הסתדרות מולקולות המינרלים בהתאם לצפון המגנטי. כאשר הברק פוגע בסלע באמצע שלב ההתקשות שלו, המולקולות לא מספיקות להסתדר בחזרה, והן מתקשות בכיוון "שגוי".

באתר ישנו סלע מנוסר, עליו חרוט, לרווחת המטיילים, "סלע הפליאומגנטיזם". הניסור והחריטה הרסו את המגנטיות שלו. לעומת זאת, כמה צעדים מזרחית לסלע זה, ישנו סלע אחר, הבולט מן הקרקע (למעשה, זהו חלק מגוש סלע גדול מאוד, השקוע באדמה) אשר התגבש בתקופה של מגנטיות הפוכה (דרומית). אם נניח מצפן על סלע זה, תיסוב המחט ישירות לכיוון דרום, בסטייה של 180 מעלות בדיוק. המעוניינים למצוא את הסלע, יסתובבו עם מצפן באתר, יניחו אותו על אבנים (באוויר זה לא עובד), עד שימצאו את הסלע המבוקש, בקרבת הסלע המסומן.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא פלאומגנטיזם בוויקישיתוף

• נקודת הפליאומגנטיזם – היפוך המצפן, באתר "נלך"
• ההיסטוריה המגנטית של כדור-הארץ כתובה בקרח, באתר ynet, 29 ביוני 2020