האדן

כדור הארץ עבר תהפוכות רבות מאז היווצרו, ועל כן לא נותרו ראיות לשלבים השונים של היווצרותו והתפתחותו. עם זאת, עומדים לרשות המדענים כלים המאפשרים ללמוד על שלבים אלה או על חלקים מהם.

אחד מן הכלים החשובים במחקר גאולוגי הוא הזירקון – מינרל יוצא דופן הנפוץ מאוד בקרום כדור הארץ ונמצא בסלעי יסוד, בסלעים מותמרים ובסלעי משקע.

זירקון הפך למכשיר חשוב מכמה סיבות:

• זירקון הוא המינרל העתיק ביותר – נמצאו גבישי זירקון המתוארכים לכ-4.4 מיליארד שנה בסלעי גנייס באוסטרליה שגילם יותר מ-3.9 מיליארד שנה, המעידים גם על הימצאות מים על פני כדור הארץ באותה עת.^[1]
• זירקון מכיל אורניום ותוריום (מ-10 חלקיקים למיליון עד ל-5% מהמסה).
• עמידותו של הזירקון בתהליכים גאולוגיים כבליה והתמרה ובטמפרטורות גבוהות (עד 900 °C).

בשל תכונותיו אלה ומידת דעיכת האורניום המצוי בו לעופרת, משמש הזירקון כלי חשוב לתיארוך סלעים.

באמצעות זירקון הוגדר סלע הנחשב לעתיק ביותר – מחשוף^[2] טונליט (דיוריט פנריטי במרקמו המכיל יותר מ-20% קוורץ) – אשר נמצא בקנדה ומתוארך ליותר מ-4 מיליארד שנה. סלע אחר – הנחשב לעתיק אף יותר – נמצא במערב אוסטרליה ומתוארך ל-4.4 מיליארד שנה.^[3]

 

מציאת מספר סלעים זעום שניתן לשייך לתחילת היווצרות כדור הארץ מביאה את החוקרים לפנות לחקר מקומות רחוקים. חקר כדור הארץ בהאדן נשען בעיקר על חקר הירח מאחר שהשערת ההתנגשות הענקית^[4] - התאוריה הנחשבת כמובילה כיום באשר להיווצרות הירח^[5] - מציעה כי הוא נוצר כמה עשרות מיליוני שנה לאחר היווצרות כדור הארץ. השערה זו, שהעלתה האסטרופיזיקאית האמריקנית רובין קאנופ (Robin Canup), גורסת שהירח נוצר בשלבי היווצרותה של מערכת השמש כאשר תיאה – עצם בגודלו של מאדים – התנגש בכדור הארץ המתהווה. השברים מן הפגיעה נזרקו לחלל, התמזגו ויצרו את הירח – שהרכבו לא השתנה מאז.

מאחר שבירח לא חלים תהליכים טקטוניים או געשיים, פני השטח שלו משמרים תיעוד לתקופות שונות ולאירועים בעברו, למשל מכתשי פגיעה ורגולית. שכבת הרגולית בשטחים של פגיעות עתיקות היא עבה יותר באופן כללי מזו שנמצאת בשטחים שנפגעו בשלבים מאוחרים. מתחת לשכבת הרגולית שעברה שחיקה רבה, נמצאת שכבה של "מגה-רגולית" – שכבה עבה מאוד, הכוללת סלעים סדוקים.^[6] הירח היה קרוב מאוד אל כדור הארץ בסמוך להיווצרו, וההנחה היא כי מטאוריטים ושביטים רבים פגעו גם בכדור הארץ באותה תקופה, אולם לא נותרו מהם מכתשי פגיעה בשל פעילות גאולוגית ענפה.

האירוע החשוב והמשמעותי ביותר בהאדן הוא היווצרותם של כדור הארץ והירח בתוך מערכת השמש. לשאר האירועים בהאדן קיימות עדויות מעטות, והתהליך ברובו הגדול משוער:

 

  ערכים מורחבים – גלעין, מעטפת, קרום

כדור הארץ נוצר בערפילית, יחד עם השמש וכוכבי לכת אחרים. הירח נוצר, כאמור, מעט אחרי כן כתוצאה מהתנגשות עם תיאה. תחילה היה כדור הארץ לוהט ומותך לחלוטין, ובהדרגה החלה השכבה החיצונית להתקרר באמצעות איבוד חום במגע עם החלל הקר. בשלב זה החלו יסודות כבדים (ברזל וניקל) לשקוע ולבנות את הגלעין ויסודות קלים (חמצן וצורן) צפו והחלו ליצור קרום ראשוני. ביניהם נבנתה המעטפת המורכבת ממאגמה לוהטת אשר בתוכה החלו להיווצר מינרלים. הקרום נשבר, נמס ונבנה מחדש כמה פעמים במהלך תקופה קצרה בשל פגיעות רבות של מטאוריטים ושביטים ובשל פעילות מגמטית וגעשית.

פטרולוגים מניחים כי הקרום הכהה הכיל סלעים שבהרכבם פחות מ-53% סיליקה, בדומה לסלעי אנורתוזיט בהרכב דומה שנמצאו על הירח.^[7]

מתחת לקרום זרמה מאגמה לוהטת שביקעה את הקרום הצעיר ונפלטה בהתפרצויות געשיות. הלבה שנפלטה מהתפרצויות אלה יצרה סלעים וולקניים: בזלת כהה ואנדזיט בהיר יותר. עדות להיווצרות סלעים בתקופה זו הוא זירקון בן 4.4 מיליארד שנה בסלעי גנייס מותמרים. מסלעים אלה נוצר הרושם כי בקרום הבראשיתי חלו תהליכים טקטוניים,^[8] אם כי ההנחה היא שהקרום היה בזלתי בעיקרו.

 

ביחד עם הלבה נפלטו גזים הלוגניים, פחמן דו-חמצני, מימן, חמצן, חנקן, אמוניה ואדי מים אשר מהם נוצרה אטמוספירה ראשונית בתהליך שארך כ-100 מיליון שנה. האטמוספירה החדשה הייתה רעילה, בדומה לזו של טיטאן – ירחו של שבתאי. הלחץ האטמוספירי הגיע ל-250 וצבעם של השמים בשלב זה היה אדמדם.

בהדרגה השתנתה האטמוספירה: גזים קלים דוגמת מימן נפלטו אל החלל. הגזים האחרים ואדי מים החלו להצטבר, אם כי המים לא התעבו בשלב זה מאחר שטמפרטורת הקרום הייתה עדיין גבוהה.

התקררות איטית של הקרום איפשרה את התעבותם של מים, וכדור הארץ היה מוקף בעננים כבדים. התקררות נוספת חוללה סופות ענק והמטירה גשמים עזים שנמשכו מיליוני שנים. תחילה התאדו מי הגשמים בבואם במגע עם הקרום החם, אולם אותם גשמים החלו לקרר את הקרום עד שהמים הפסיקו להתאדות והצטברו במקומות הנמוכים. תהליך ממושך זה יצר בסופו של דבר אוקיינוס,^[9] שכיסה כ-90% משטח כדור הארץ ומתוכו הציצו איים געשיים קטנים. עדויות הנתמכות בזירקון שיורי קובעות כי אוקיינוסים התקיימו לצד קרום יבשתי כבר לפני 4.4 מיליארד שנה.^[10]

כדור הארץ שלאחר ההתנגשות עם תיאה נטה על צדו וקיים הקפה עצמית שאורכה 6 שעות בקירוב. השפעת כבידתו של הירח – שמרחקו מכדור הארץ היה 16,000 ק"מ בלבד – הייתה בשלב זה עזה ביותר: התפתחה גאות תכופה שהתבטאה בגלי ענק בגובה של מאות ואלפי מטרים אשר שטפו את הקרום בעוצמה רבה וסחפו ממנו את חומרי הבליה של הסלעים. סחף עצום זה של הקרום הבזלתי צבע את האוקיינוס בירוק בשל תכולת הברזל הגבוהה.

תהליך ירידת הגשמים, היקוות אוקיינוס ואידוי חוזר של המים יצר את מחזור המים, שהוביל ליצירתם של סלעי משקע באמצעות סחף ממקומות גבוהים אל קרקעית האוקיינוס. ב-1983 נמצאו במערב אוסטרליה הסלעים העתיקים ביותר הידועים כיום. סלעים אלה מתוארכים לתקופה שלפני 4.2 מיליארד שנה. להפתעתם של החוקרים התברר כי אלה סלעי אבן חול – עובדה המציינת כי הם נבנו משרידיהם של סלעים קדומים יותר.^[11] הרכבם של הקרום והמעטפת החלו להשתנות בשל המסה והתמרה של סלעים מסוגים שונים.

 

  ערך מורחב – מוצא החיים

כאשר פסקה הפגזת המטאוריטים והשביטים חלה התחדשות של הקרום היבשתי. האוקיינוס הירוק, הסמיך והעשיר במינרלים היווה קרקע פורייה להתפתחותם של חיים פרימיטיביים. בתנאים אלה התאפשרה יצירתן של תרכובות אורגניות פשוטות כחומצות אמינו, ובהמשך נוצרו חומרים מורכבים יותר כחלבונים שבתורם יצרו רכיבי על מורכבים יותר.

במרק קדום זה נוצרו הכחוליות – יצורים חסרי גרעין המשחררים חמצן בתהליך של פוטוסינתזה. חיידקים אלה עתידים לשנות את האטמוספירה ולהשאיר את חותמם בסטרומטוליטים – מאובני מושבות של כחוליות, אשר הופעתם לפני כ-3.8 מיליארד שנה מגדירה את סיום ההאדן ותחילת הארכאיקון.

כל התהליכים הקודמים – המסת סלעים והתמרתם – שינו בהדרגה את הרכבה של המאגמה ואפשרו את יצירתם של סלעי גרניט קלים הצפים על הקרום הבזלתי. קטעים של קרום גרניטי התחברו לשרשרות איים – דוגמת קשתות האיים הגעשיים של יפן ואיי מריאנה.

בגושי סלע אלה חלו תהליכים טקטוניים ואורוגניים שעיוותו אותם ובנו בהם רכסי הרים, וגם התמרה שהפכה חלקים מהם לסלעים מותמרים. אולם, מאחר שגושי סלע אלה קלים – הם לא שקעו אלא נותרו על פני השטח. איים גרניטיים אלה המשיכו לצמוח ובנו את הקראטונים – גרעיני היבשות.

 

אחת מן השאלות הנוגעות לקרום הצעיר הייתה מידת עמידותו בשינויים הקיצוניים שחלו בכדור הארץ במהלך ההאדן: האם בזמן שינויים אלה שרד הקרום או לפחות חלקים ממנו, או שמא נבנה בכל פעם מחדש?

ניתוח דוגמאות סלע שהובאו מן הירח מצביע על כך שלפני 3.85-3.95 מיליארד שנה היה הירח נתון להפגזה נמרצת על ידי מטאוריטים ושביטים. מאחר שכדור הארץ גדול בהרבה מן הירח, ההנחה היא כי קרבתם של השניים מציינת פגיעות רבות עוד יותר בכדור הארץ. מכך משתמע כי הקרום הגרניטי לא נוצר בהדרגה אלא נבנה בתקופה קצרה לאחר שהקרום הבזלתי הראשוני נהרס בהפגזה המאוחרת.^[12]

ב-2007 ערך דסטין טרייל (Dustin Trail) מהמכון הפוליטכני ע"ש רנסלר (Rensselaer Polytechnic Institute) במדינת ניו יורק מחקר בגבישי זירקון המתוארכים לתקופה שלפני הפגזה מאוחרת זו.^[13]

אחת מתכונותיו של הזירקון – אשר עשויה להוות בעיה במחקר – היא נטייתו לגדול באמצעות הוספת חומר לשכבותיו החיצוניות בטמפרטורות של כמה מאות מעלות צלזיוס. זירקון "לוכד" יסודות מתכתיים כבדים כאורניום, תוריום, לוטציום ואחרים, אך לא עופרת – הנוצרת בזירקון רק עם דעיכת האורניום המצוי בו בטמפרטורות גבוהות יותר.

טרייל הפך את המכשול ליתרון ומדד באמצעות ספקטרוסקופיה יונית את יחסי האורניום-עופרת בשני איזוטופי אורניום בעלי זמן מחצית חיים שונה הדועכים לאיזוטופים שונים של עופרת. טרייל בדק אלפי גבישים וערך בכל אחד מהם מאות מדידות בעומקים שונים של הגביש אשר שיחזרו את מהלך צמיחתו. מתוך אלפי הגבישים נמצאו ארבעה בהם חלה התאמה בנתוני שני האיזוטופים. גילם של אלה עלה על 4 מיליארד שנה ובכל הארבעה נמצא מחזור צמיחה משני מלפני 3.95 מיליארד שנה – מועד תחילת ההפגזה המאוחרת. נתונים אלה מצביעים על עליה חדה בטמפרטורה עד לכדי כמה מאות מעלות צלזיוס, ועל כך שהפגזה מאוחרת זו לא הרסה לחלוטין את הקרום.

מחקר נוסף שנערך ב-2005 במטרה לבדוק כיצד השפיעה הפגזה זו על היצורים החיים הראשונים^[14] גורס שחיים אלה לא נפגעו במהלכה. מסקנות המחקר הן כי יצורים פרוקריוטיים שהתפתחו לפני יותר מ-4.2 מיליארד שנה התפשטו בהדרגה ויצרו מושבות בקרקעית הים – שם התקיימו בסביבה מוגנת ועשירה בחומרי מזון. החוקרים טוענים, כי מאחר שהקרום הבזלתי הימי היה עבה, השתמרו התנאים הנחוצים לבידוד החיים שנוצרו בתוכו מהשפעת ההפגזה, מאחר שהולכת החום בו הייתה נמוכה לעומת זו של הקרום הגרניטי היבשתי.

 

מאחר שהפרקמבריון כולו אינו מוגדר באופן רשמי כעידן גאולוגי אלא כמשך הזמן שקדם להופעתם של מאובנים, כך גם ההאדן. עם זאת, נהוגות חלוקות שרירותיות שונות לתורים אשר הגדרת הזמן שלהן אינה אחידה:

• קריפטיקון (Cryptic – סודי, נסתר) – פרק הזמן שבו חלה היווצרותם של כדור הארץ והירח ונוצרו גבישי הזירקון העתיקים ביותר.
• רידר (Ryderian) – נקראת על שמו של הגאולוג וחוקר הירח האנגלי גרהם רידר (Graham Ryder), שמחקריו הניחו את היסוד להבנת ההאדן. בפרק זה נוצר קרום ראשוני. בגאולוגיה של הירח נקראת תקופה זו "קבוצות האגנים", ובה התחילה הפגזת המטאוריטים והשביטים על פנים מערכת השמש.
• נקטר (Nectarian) – קרויה על שם אגן ירחי ומציינת את שיא ההפגזה על כדור הארץ והירח.
• אימבר תחתון (Lower Imbrian) – גם כאן לקוח השם מאגן ירחי. פרק זמן זה מציין את סיום ההפגזה ואת הגבול בין תהליך ההיווצרות להופעת המאובנים הראשונים.

• לוח הזמנים הגאולוגי

• יוסי מרט, ‏זמן עמוק וגאולוגיה דינמית, סדרת אוניברסיטה משודרת, בהוצאת משרד הביטחון – ההוצאה לאור
• עמנואל מזור וג. ה. הרבאו, סולם הזמן הגאולוגי, תל אביב: האוניברסיטה הפתוחה, 1978

מיזמי קרן ויקימדיה
ערך מילוני בוויקימילון: האדן
תמונות ומדיה בוויקישיתוף: האדן

• הפגזה מאוחרת, באתר David Darling
• האדן, באתר Paleos.com
• האדן, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)