עובדות מפתיעות על כדה"א

עודכן: 30.01.2019
הרחב הכל
הידעת שהרכב כדור הארץ נקבע על פי מטאוריטים?

אין לנו גישה לפנים כדור הארץ. אז איך אפשר לדעת ממה הוא מורכב?

הגאולוגים מניחים שהרכבו דומה להרכב מטאוריטים ״פרימיטיביים״, כאלה שהרכבם לא השתנה מאז הצטברות החומר שממנו נוצרה מערכת השמש. מטאוריטים אלה המכונים ״כונדריטים״ מורכבים מתלכיד של גרגרים זעירים ומגוונים שביניהם יש גם מרכיבים נדיפים. אלה מעידים על כך שהמטאוריט לא עבר תהליכי חימום וכל מה שהיה בו בראשית – נמצא גם עכשו. כדור הארץ מורכב מאותם חומרים אבל אחרי שבראשית ימיו הוא התחמם וחלקו עבר התכה, החומר שבו נפרד כך שהמרכיבים הכבדים ביותר, בעיקר ברזל וניקל, זלגו טיפות טיפות למרכז ובנו את הגלעין, החומרים הקלים יותר נותרו כמעטפת סביב הגלעין, והחומרים הקלים ביותר נפלטו כמים וגזים שמרכיבים את האוקיאנוסים והאטמוספירה. הגאולוגים קוראים לרשימת המרכיבים שבונים את כדור הארץ ״המודל הכונדריטי״ של כדור הארץ. חיזוק לנכונות המודל הכונדריטי מגיע מניתוח האור שמגיע אלינו מהשמש. אור השמש מלמד שיש בה אותם מרכיבים שיש במטאורטים הכונדריטיים, למעט גזים קלים ביותר כמימן והליום שרק כוח כבידה עצום כמו שיש בשמש יכול לאחוז.

 

מטאוריט כונדריטי

מטאוריט כונדריטי

הידעת שברזל הוא היסוד הנפוץ ביותר בכדור הארץ?

ברזל מהווה כשליש מכדור הארץ. אז למה אין הרבה ממנו בפני השטח?

בראשית ימיו, לפני כ-4.5 מיליארד שנה, כשכדור הארץ נוצר יחד עם שאר מערכת השמש, החומרים השונים היו מעורבבים היטב באופן הומוגני. עם הזמן הצטבר בתוכו חום רב עד כדי כך שחלקים ממנו עבור התכה. המרכיבים הכבדים, במיוחד הברזל והניקל זלגו כלפי מרכז הכדור ולאט לאט נוצר גלעין שכ-80% ממנו ברזל וכ-20% בעיקר ניקל ומעט יסודות אחרים. מה היה קורה אילו הברזל היה נשאר בפני השטח ולא נקבר במעמקים? הוא היה מתחבר עם חמצן, מחליד. במקרה כזה, לא היה נותר מספיק חמצן חופשי כפי שהצטבר מאוחר יותר באטמוספירה ומהווה כיום כמעט 20% ממנה. כל מהלך האבולוציה של עולם החי היה נראה אחרת לגמרי!

הידעת שארבעה יסודות בלבד מרכיבים יותר כ-90% מכדור הארץ?

בטבע יש 92 יסודות. בכדור הארץ, היסודות ברזל (32.1%), חמצן (30.1%), סיליקון (15.1%) ומגנזיום (13.9%) מהווים יחד 91.2% ממשקל כדור הארץ. היסודות הנפוצים הבאים הם 2.9% גופרית, 1.8% ניקל, 1.5% סידן ו-1.4% אלומיניום. דהיינו רק שמונה יסודות מרכיבים כמעט 99% מכדור הארץ. ומה עם שאר 84 היסודות? יחד הם מרכיבים רק כאחוז בודד. מכאן ברור שמרבצים שניתן להפיק מהם חומרים שימושיים לאדם כגון נחושת, זרחן, טיטניום או כרום נוצרו בתהליכים גאולוגיים שבהם נוצר במקום קטן ריכוז גדול מאותם חומרים. תהליכים אלה איטיים מאד ונמשכים מיליוני שנים. לדוגמא - הפקת אשלג מים המלח מתאפשרת הודות לנחלים שזורמים אליו משטח ענק סביבו ומביאים איתם אשלגן שמצוי בדרך כלל בכמויות זעירות בסלעים בכל השטח. הריכוז בים המלח גבוה משאר הסביבה אך עדיין לא מספיק לשימוש. במפעלי ים המלח מרכזים את תרכובות האשלגן עוד יותר על ידי אידוי המים בבריכות אידוי וכך מתקבל ריכוז שניתן להשתמש בו, בעיקר ליצור דשן לחקלאות. הפקת החומרים השימושיים לנו מחסלת בשנים בודדות מרבצים שנוצרו במשך מיליוני שנים. לכן יש חשיבות רבה למיחזור החומרים כדי שיספיקו לנו לעוד הרבה שנים.

 

המשקל היחסי של מרכיבי כדור הארץ

המשקל היחסי של מרכיבי כדור הארץ

הידעת שגלעין כדור הארץ מגן על החיים בכדור הארץ?

חלקו החיצוני של הגלעין מותך וזורם. הזרימה יוצרת את השדה המגנטי של כדור הארץ שבו אנחנו משתמשים כדי לנווט עם מצפן. אבל השדה המגנטי גם מתפקד כמגן שמסיט לכיוון הקטבים קרינה הרסנית שמגיעה אלינו מהחלל ובעיקר מהשמש. צפיפות הקרינה בקטבים כל כך גדולה עד שנוצר אפקט של זהירה הידוע כ״זוהר הקוטב״. ללא ההגנה זו היינו סובלים מקרינה הרסנית בכמויות גדולות ויתכן שאי אפשר היה לחיות על פניו.

 

חלק מקרינת השמש מוסט על ידי השדה המגנטי ולא מגיע אל פני כדור הארץ

חלק מקרינת השמש מוסט על ידי השדה המגנטי ולא מגיע אל פני כדור הארץ

 

הידעת שגאופיזיקאים ביצעו ״אולטראסאונד״ בכדור הארץ הרבה לפני שפותחה שיטת האולטראסאונד ברפואה?

חלק מהותי מחקר כדור הארץ מכוון למקומות שאי אפםשר להגיע אליהם – במיוחד פנים כדור הארץ. רעידות אדמה מחוללות גלים המכונים ״גלים סייסמיים״ (סיסמו ביוונית – רעידה). כשהגלים עוברים דרך כדור הארץ מהירותם משתנה בהתאם לתכונות החומר שדרכו הם עוברים. למשל גלים שעוברים בחלקו החיצוני של הכדור מתקדמים במהירות של כ-3-5 ק״מ בשניה. המהירות הולכת וגדלה ככל שהסלעים בעומק נעשים צפופים יותר. סוגי גלים מסוימים עוברים רק בסלע מוצק ולא בסלע מותך. כך ניתן לאתר אזורים שבהם יש מגמה. אמנם גלי הקול שמשמשים בבדיקות האולטראסאונד לצורך הדמאה של פנים הגוף, שונים במידה מסויימת מהגלים הסייסמיים שמשמשים להדמאה של פנים כדור הארץ, אבל עקרונות הפענוח די דומים. הדמאת מבנה כדור הארץ בוצעה עשרות שנים לפני האולטראסאונד הרפואי.

 

גלי לחץ וגלי גזירה

גלי לחץ דומים לגלי קול שמתקדמים בסלעים כחילופים של לחץ והרפיה בכיוון התקדמות הגל. גלי גזירה מתקדמים כמו גל בחבל שקשור בקצה אחד כשאנחנו מעלים ומורידים את הקצה השני. כל נקודה בחבל נעה מעלה-מטה אבל הגל מתקדם אופקית, בניצב לתנועת החבל. גלי גזירה לא עוברים בנוזל והעדרם יוצר אזור צל שמגלה לנו שהגלעין החיצוני מותך.

הידעת שהצפון לא קבוע במקומו?

הקוטב המגנטי הוא המקום שבו קוי השדה המגנטי ניצבים לפני כדור הארץ. הוא שונה מהקוטב הגאוגרפי שמוגדר כציר הסיבוב של הכדור. כיום הקוטב המגנטי הצפוני, שאליו מצביע המצפן, סוטה בכ-11 מעלות מהקוטב הגאוגרפי. אבל תיעוד של הקוטב מלמד שמקומו משתנה ברציפות כל הזמן. אבל השינויים האלה הם כאין וכאפס לעומת ההיפוכים של השדה, כאשר הצפון והדרום מחליפים מקומות. על ההיפוכים של השדה המגנטי שקרו לאורך מאות מיליוני שנים אנו יודעים ממדידת המיגנוט של סלעים, במיוחד סלעי בזלת, שמכילים מינרלים שמושפעים ממגנט, בעיקר תחמוצות ברזל. ההיפוכים קורים באופן אקראי ולא נמצאה אף סידרה מתמטית שמתארת את הופעתם בזמן. ההיפוך האחרון קרה לפני 780 אלף שנה כשכבר היו באזורנו הומינידים (יצורים דמויי אדם). מעריכים שהיפוך אורך מספר אלפי שנים ובמהלכו יורדת עוצמת השדה לכ-10% מעוצמתו הרגילה. חוקרים מהחוג לגאופיזיקה מצאו ירידה עקבית בעוצמת השדה בכ-700 השנים האחרונות אבל לא ברור אם אנחנו עומדים בפני היפוך. בעוד כמה אלפי שנה נדע.

 

השדה המגנטי של כדור הארץ בכ-5 מיליון השנים האחרונות

מימין: השדה המגנטי של כדור הארץ בכ-5 מיליון השנים האחרונות. בעמודה הימנית - צבע שחור מתאר תקופה עם שדה דומה להיום. לבן – שדה הפוך. הגאולוגים נתנו שמות לתקופות מיגנוט שונות. ההיפוך האחרון התרחש במעבר מתקופת מאטוימה לתקופת ברונהס לפני 780 אלף שנה.

משמאל: מיקום הקוטב המגנטי משנת 1900 עד היום.

הידעת שחיפושי נפט האיצו את פיתוח מחשבי העל?

מאגרי נפט וגז מאותרים על ידי גאופיזיקאים בעזרת גלים סייסמיים שמיוצרים בצורה מלאכותית וקולטים אותם על ידי גאופונים (מיקרופונים שמיועדים למחקר גאופיזי) אחרי שהגלים חוזרים משכבות סלע בעומק, בדומה לאור שמוחזר ממראה. בסקרים סייסמיים משתמשים בפטישים פניאומטיים שמכים בקרקע בעוצמה רבה עשרות פעמים בשניה במשך מספר שניות ועשרות או מאות גאופונים מקליטים את הגלים כל שתי אלפיות השניה. המידע שמצטבר בסקר סייסמי שאורך ימים בודדים מצטבר לעשרות רבות של טרה-בייט וכדי לנתח אותו נדרשים מחשבי על. גם מרכזי חיזוי מזג אויר עושים שימוש נרחב במחשבי על ולכן במהלך הלימודים במדעי כדור הארץ רוכשים בסיס מוצק בתכנות ובפיתוח ושימוש ביישומים המבוססים על בסיסי נתונים ענקיים (Big Data), אינטליגנציה מלאכותית ו״לימוד מכונה״ (Machine Learning). 

 

אונית מחקר במהלך סקר סייסמי בים

אונית מחקר במהלך סקר סייסמי בים, גוררת 14 כבלים שלאורכם עשרות הידרופונים (מיקרופונים שמיועדים למחקר גאופיזי בים) שקולטים את הגלים הסייסמיים שמחוללים מתקנים מיוחדים שהאוניה גוררת גם כן. סקר כזה, שנועד בעיקר לחיפושי נפט וגז, נותן תמונה תלת ממדית של השכבות בעומקים של מספר קילומטרים מתחת לקרקעית.

 

 

תמונה אופיינית של תוצר סקר סייסמי

תמונה אופיינית של תוצר סקר סייסמי. רואים שכבות שהתקמטו ונשברו מתחת לקרקעית מזרח הים התיכון באזור שנחקר בחוג לגאופיזיקה באוניברסיטת תל אביב

הידעת שהארץ היא הפלנטה היחידה יש בה חיים?

כדור הארץ מקיף את השמש במרחק שבו המים קיימים במצב נוזלי. בפלנטות השכנות לנו, נגה, שמסלולה קרוב יותר לשמש ומאדים, שמסלולה רחוק יותר מהשמש אין חיים מכיוון שהמים נמצאים שם רק כאדים (בנגה) או כקרח (במאדים). סביב כל כוכב יש אזור שבו יכולים להתקיים מים במצב נוזלי בפני השטח של פלנטה, אם יש שם כזו. אין מים נוזלים - אין חיים. נכון להיום לא נמצאו עדויות למים נוזלים באף פלנטה במערכת השמש ולא נמצאו עדויות לחיים בשום מקום אחר.

 

כדור הארץ הוא גם הפלנטה היחידה עם שוקולד! עוד סיבה להישאר כאן.

הידעת שרוב פני הארץ מכוסים במים למרות שכמותם קטנה?

מבט על כדור הארץ מבחוץ מגלה שלמעלה מ-70% משטחו מכוסים במי האוקיאנוסים. אבל יחסית לנפח הכדור, את כל המים אפשר להכניס לכדור שקוטרו כעשירית מקוטר כדור הארץ.

 

מבט על כדור הארץ מבחוץ

הידעת שסלעים יכולים להתקמט?

הניסיון היום-יומי שלנו מלמד שכשמפעילים לחץ גדול על סלע הוא נשבר. אבל במקומות רבים בכדור הארץ רואים סלעים מקומטים. איך זה קורה? תכונות הסלעים, כמו גם חומרים אחרים, משתנות בהתאם לתנאי הסביבה, במיוחד טמפרטורה ולחץ ובהתאם לקצב שבו מפעילים עליהם מאמצים. סלעים נוטים להישבר כשמפעילים עליהם לחץ בקצב מהיר בטמפרטורות ולחצים נמוכים. אבל בעומק של מספר קילומטרים הלחץ והטמפרטורה גבוהים, ובקצב התנועה האיטי, מספר מילימטרים או סנטימטרים בשנה, הסלעים מתקמטים.

 

לפעמים רואים סלעים שהתקמטו בשלב מוקדם של תהליך היווצרותם, למשל בוץ בקרקעית אגם יכול לגלוש ולהתקמט ורק אחרי כן להתקשות ולהפוך לסלע פריך. חוקרים מהחוג לגאופיזיקה באוניברסיטת תל אביב, יחד עם שותפים מהאוניברסיטה העברית והמכון הגאולוגי, הראו כיצד רעידות אדמה גורמות לתנועת המשקעים בקרקעית האגם וכיצד ניתן ללמוד מהן על רעידות אדמה שהתרחשו לפני עידן הסייסמוגרפים המודרניים. 

 

שכבות מקומטות של סלעי צור (כהים) וגיר (בהירים) בשולי כביש ירושלים-ים המלח

שכבות מקומטות של סלעי צור (כהים) וגיר (בהירים) בשולי כביש ירושלים-ים המלח

 

קימוטים במשקעי אגם קדום בבקעת ים המלח. השכבות שהתקמטו גלשו בקרקעית האגם לפני שהפכו לסלע, כשעדיין היו רכות, על גבי המשטח שמסומן בחיצים, עקב רעידת אדמה.

קימוטים במשקעי אגם קדום בבקעת ים המלח. השכבות שהתקמטו גלשו בקרקעית האגם לפני שהפכו לסלע, כשעדיין היו רכות, על גבי המשטח שמסומן בחיצים, עקב רעידת אדמה.

הידעת שמקומות נמוכים מפני הים נדירים מאד ביבשות?

ים המלח מיוחד בהיותו המקום הנמוך ביותר בעולם ביבשות. פני המים בו כ-430 מ׳ מתחת לפני הים וקרקעיתו נמוכה בעוד כ-300 מ׳. במקום השני נמצא אגם אסאל בג׳יבוטי – 155 מ׳ מתחת לפני הים ובמקום שלישי – שקע טורפאן בסין, 154 מ׳ מתחת לפני הים ואחריו עמק קטארה במצרים – 133 מ׳. כשנחלים זורמים למקומות נמוכים הם נושאים איתם סחף ששוקע שם ובחלוף הזמן הצטברות הסחף עשויה למלא את העמקים והאגמים. אם כך כיצד בכל זאת נשמרים מקומות נמוכים כל כך? חלק מהמקומות נמצאים במדבריות יבשים בצורה קיצונית והצטברות הסחף מאד איטית. במקומות אחרים כדוגמת ים המלח הסיבה היא טקטונית: קרקעית העמק הולכת ויורדת בקצב מהיר יותר מקצב הצטברות הסחף. בקרקעית ים המלח מתווסף בממוצע מילימטר בכל שנה. אילו קרקעיתו לא היתה יורדת הוא היה נסתם עם סחף בתוך פחות ממיליון שנה. חוקרים מהחוג לגאופיזיקה באוניברסיטת תל אביב מצאו בעזרת סקרים גאופיזיים שנערכו בשנות ה-70 שמתחילת השתפלות אגן ים המלח הצטברו בו כ-8 ק״מ של סחף!

הידעת שרעידת אדמה נוצרת כשקרום כדור הארץ נשבר?

הקליפה החיצונית של כדור הארץ שעליה אנחנו חיים נתונה למשטר מאמצים ולחצים שמדי פעם גורם לה להישבר. בכל אירוע שבירה כזה נוצרים גלים סייסמיים שמרעידים את הסביבה. ברעידות חזקות השבירה מגיעה עד פני השטח ובבת אחת נוצר מצוק חדש. 

 

מצוק שנוצר ברעידת אדמה בניו זילנד ב-2016

מצוק שנוצר ברעידת אדמה בניו זילנד ב-2016

 

מצוק שנוצר ברעידת אדמה באיטליה ב-2016

מצוק שנוצר ברעידת אדמה באיטליה ב-2016

 

שבירה בחומה של מצד עתרת מהתקופה הצלבנית כתוצאה מרעידת אדמה בשנת 1202

שבירה בחומה של מצד עתרת מהתקופה הצלבנית כתוצאה מרעידת אדמה בשנת 1202. כל צד זז שמאלה יחסית לצד השני. רעידות האדמה שמתבטאות בהעתקה במצד עתרת וסביבתו נחקרות על ידי חוקרים מהחוג לגאופיזיקה באוניברסיטת תל אביב וחוקרים מהאוניברסיטה העברית.

הידעת שניתן לחזות רעידות אדמה?

אמנם ידוע שאי אפשר לנבא. בעיקר את העתיד. וידוע גם שאי אפשר לנבא מתי תתרחש רעידת אדמה הרסנית. אבל לאחר שכבר התרחש קרע בקרום כדור הארץ והגלים הסייסמיים יוצאים לדרכם ממישור השבירה, אפשר לחזות האם בעקבותיהם יגיעו גלים הרסניים. ברגע השבירה מתפשטים במהירויות שונות גלים מסוגים שונים ברחבי כדור הארץ. ניתוח מהיר ומהיימן של הגלים המהירים שמגיעים ראשונים לסייסמוגרפים, שמבוסס על הבנה מעמיקה של הפיזיקה של רעידות האדמה ועל אלגוריתמים מתקדמים ביותר, מאפשר לגאופיזיקאים להעריך את המיקום והעוצמה של רעידת האדמה ובמיוחד לחזות אם בעקבותיהם יגיעו גם גלים הרסניים. במידה ואכן יש ודאות גבוהה לרעידה הרסנית - יוצאת התראה אוטומטית שמאפשרת נקיטת צעדים מהירים להפחתת הפגיעה עוד לפני שמגיעים הגלים ההרסניים. למשל: סגירת ברזי גז, אבטחת החומר הרדיואקטיבי בכורים גרעיניים, האטת רכבות מהירות, הפסקת ניתוחי לייזר ועוד. מערכת כזו מפותחת בחוג לגאופיזיקה באוניברסיטת תל אביב ובימים אלה נמצאת בניסויים בשטח.

 

גלים הרסניים, גלים מהירים חלשים, ניתוח מהיר, התראה

הידעת שהתפרצויות וולקניות מונעות מכדור הארץ להתפוצץ?

מכרות עמוקים וקידוחים מלמדים שבכל ירידה של קילומטר הטמפרטורה עולה בכ-30 מעלות...

הלבה שמתפרצת מהרי געש בטמפרטורות מעל 1000 מעלות מלמדת שבעומק חם עד כדי כך שחלק מהסלעים עבר התכה. מה מחמם את כדור הארץ? מסתבר שרוב החום שנוצר כיום נפלט מהתפרקויות של יסודות רדיואקטיביים - בעיקר אורניום, תוריום ואשלגן. הסלעים בקליפה החיצונית של כדור הארץ מבודדים היטב וזרימת החום דרכם מאד מאד איטית, כך שהחום הולך ומצטבר במעמקים ויחד אתו עולה גם הלחץ. אז מה מונע מכדור הארץ להתפוצץ? שיחרור חום באמצעות התפרצויות וולקניות! סדקים בקרום כדור הארץ, בעיקר באוקיאנוסים, מאפשרים ללבה לוהטת לצאת אל פני השטח וכך נמנעת עליה של הטמפרטורות עד כדי פיצוץ. 

 

כדור הארץ פולט חום שנוצר בתוכו כל הזמן אבל הגדולה ביותר מתרחשת ברצועות שלאורכן מתפרצת אל פני השטח מגמה לוהטת מתוך סדקים

כדור הארץ פולט חום שנוצר בתוכו כל הזמן אבל הגדולה ביותר מתרחשת ברצועות שלאורכן מתפרצת אל פני השטח מגמה לוהטת מתוך סדקים

הידעת שהטמפרטורה אינה בהכרח יורדת ככל שעולים בגובה?

באטמוספירה של כדור הארץ יש שכבות עם תכונות שונות, כמו שרואים באיור. בטרופוספירה הטמפ' יורדת עם הגובה, מתרחשים שינויים במזג האויר ושם אנחנו ושאר היצורים חיים. בסטרטוספירה יש אוזון השומר עלינו מפני הקרינה האולטרה סגולה שמגיעה מהשמש. כשהקרינה פוגעת באוזון משתחרר חום הגורם דוקא לעליית הטמפרטורה עם הגובה. במזוספירה מתרחשות תופעות חשמליות בזמן שבכדור הארץ יש סופות ברקים. בהעדר מקור חום - כאן הטמפ' יורדת עם הגובה ומכיוון שהאויר מאוד דליל החום מהשמש בורח לחלל. בשכבה העליונה ביותר, התרמוספירה, נבלעים אורכי גל הרבה יותר קצרים מאולטרה סגול ולכן הטמפ' שוב עולה עם הגובה. מעל השכבה הזו - יוצאים מאטמוספירת כדור הארץ והטמפ' צונחת.

האטמוספירה של כדור הארץ מחולקת לשכבות.  בקרבת פני השטח הטמפרטורה של האויר יורדת עם הגובה אבל בסטרטוספירה ובתרמוספירה הטמפרטורות  עולות עם הגובה

האטמוספירה של כדור הארץ מחולקת לשכבות.  בקרבת פני השטח הטמפרטורה של האויר יורדת עם הגובה אבל בסטרטוספירה ובתרמוספירה הטמפרטורות  עולות עם הגובה.

הידעת שיש ברקים שעולים מהקרקע לעננים?

הברק נוצר כשבתחתית ענני סערה מצטבר מטען חשמלי גדול מאוד. הסיבה לכך היא ככך הנראה חיכוך בין חלקיקי קרח שונים שמשחרר את האלקטרונים מהאטומים וגורם להם להצטבר בתחתית הענן. (חיכוך דומה אחראי לחשמל הסטטי שנוצר כשמסתרקים או כשמשפשפים בלון בנייר). כשנוצרת בענן כמות גדולה של מטען הוא מתפרק אל האדמה שבה יש מטען הפוך. רוב הברקים, כ-75%, מתרחש בתוך העננים בין אזורים עם מטען חיובי לאזורים עם מטען שלילי. אבל כאשר מתחיל הברק להתקדם כלפי מטה לעבר האדמה, גם מהאדמה יוצאות שלוחות כלפי מעלה. בזמן חיבור של שתי שלוחות אלו, מועבר המטען במלואו דרך האוויר ונוצר הברק. רוצים לראות? בחוג לגאופיזיקה מתנהלים מחקרים על ברקים ותופעות חשמליות אחרות באטמוספירה שיפתיעו אתכם!

אוניברסיטת תל-אביב, ת.ד. 39040, תל-אביב 6997801
UI/UX Basch_Interactive