סביבות ההיווצרות של סלעים הן נקודות ב"גלגול" בין סוג סלע אחד למשנהו. בין סביבות ההיווצרות מתרחשים תהליכי סחיפה ובליה היוצרים חומרי גלם ליצירתו של הסלע הבא. תהליכים אלה חלים גם על המינרלים המרכיבים את הסלעים בכל אחד מן הגלגולים ומשפיעים על תכונותיו השונות של הסלע החדש.
נקראת על שם פלוטו – אל השאול הרומי. בסביבה פלוטונית נוצרים סלעי יסוד פלוטוניים, הנקראים גם סלעי תהום, סלעי מִחְדָר או סלעים אינטרוסיביים.
כאשר המאגמה מתחילה להתקרר, מתרחש תהליך התבדלות של מינרלים מתוך מגמת-האם. תהליך זה נקרא גיבוש מפריט. המינרלים שהתגבשו ראשונים שוקעים לקרקעית המאגר ונפרדים מיתרת המאגמה המותכת. שקיעה זו גורמת להיווצרות סלעים פלוטוניים בהרכבים שונים מתוך מאגמת-אם אחת. ככל שהרחקת המינרלים נמשכת, הולכת וגדלה תכולת הסיליקה (תחמוצת צורן) במאגמה הנותרת במאגר.
איך זה קורה?
כאשר טמפרטורת המאגמה עומדת על 1,800°C מתגבשים בה מינרלים מקבוצת אוליבין עשיר במגנזיום (Mg2SiO4). כתוצאה מכך נותר פחות מגנזיום במאגמה.
כאשר טמפרטורת המאגמה יורדת ל-1,500°C מתגבשים בה מינרלים מקבוצת אוליבין עשיר בברזל (Fe2SiO4). אחרי גיבוש זה נותר פחות ברזל במאגמה.
תוצאת ההתקררות – המגמה הנותרת הופכת חומצית יותר ויותר בשל התעשרותה בסיליקה (קוורץ), וכך גם המינרלים והסלעים המתגבשים בה.
הרכבה המשתנה של המאגמה יוצר מינרלים שונים בהרכבם הכימי:
מינרלים בסיסיים – מינרלים המכילים כמות קטנה של קוורץ או אינם מכילים קוורץ כלל, כהים בדרך כלל.
מינרלים חומציים – מינרלים המכילים כמות גדולה של סיליקה, בהירים בדרך כלל.
הגיבוש המפריט בא לידי ביטוי בשורת בואן (Bowen's series), ע"ש המדען נורמן לוי בואן, שהיה הראשון שמצא כי ממאגמת-אם אחת עשויים להתגבש סלעים מגמטיים בהרכבים שונים.
מרבצים הידרותרמיים (הידרו=מים, תרמו=חום) מתאפיינים בהתגבשות מתוך תמיסה במים חמים. מי גשם שחילחלו לעומק אלפי מטרים התחממו והמסו מלחים מסלעי הסביבה. תוצרים של שלב זה הם מינרלים בעלי גבישים גדולים: קלציט, פלואוריט, מינרלי נחושת, מינרלי מנגן ותחמוצות ברזל.
סלעים מגמטיים נוצרים גם על פני השטח, כאשר מגמה נדחסת לתוך סלעים בקרום העליון ומתקררת. חדירה מגמטית זו יוצרת מבני חדירה מסוגים שונים:
בתולית (batholit) – גוף גדול של סלע מגמטי שהתקרר באיטיות בתוך סלע קיים. בתולית מתאפיין בגבישים גדולים – מ"מ אחדים עד ס"מ אחדים. קוטר בתולית עשוי להגיע לעשרות ומאות ק"מ. גופי בתולית שכיחים בהרי קימוט גדולים.
סדן (stock) – בליטה העולה מתוך בתולית אל הסלעים שלמעלה המורכבת מגבישים גדולים. קוטר סדן עשוי להגיע למאות מטרים עד קילומטרים אחדים. חתך אופקי של הסדן הוא עגול.
דייק (dike, dyke) – בסלע עשוי להיווצר מישור חולשה – אזור פגיע ושביר. כאשר מאגמה חודרת לתוך מישור חולשה ומתקררת בתוכו, נוצר קיר סלע מגמטי החוצה את סלעי הסביבה. יש דייקים הנמשכים מתוך בתולית והם גסי גביש. דייקים אחרים עשויים לנבוע מהתפרצות לבה אל פני השטח. דייקים אלה הם דקי גביש (בזלת).
סיל (sill) – חדירה מישורית של מאגמה בין שכבות סלעי משקע ובמקביל להן באמצעות צינור הזנה. חדירה זו מרימה את השכבות העליונות.
לקולית (lacolith) – גם לקולית הוא תוצאה של חדירה מישורית של מאגמה בין שכבות סלעי משקע, אך הוא עבה במרכזו בדומה לפטריה.
גופי חדירה כפולים – אם מישור החדירה הראשון נשאר מישור חולשה, עשויות להתרחש בו חדירות נוספות.
תופעות שוליים בגופי חדירה
בסדן, בדייק ובסיל המגמה חודרת תוך כדי מגע עם הסלע. לעיתים היא "קולה" את הסלע, ובשוליים נוצר סלע מותמר בקשיות שונה ובצבע שונה. לעיתים נותרים ריכוזים של תחמוצותברזל וצורן בנקודות המגע.
התקררות גוף החדירה מהירה יותר בשוליו, לכן נוצר שם סלע זעיר גביש בהיר, בעוד שבמרכז נוצר סלע בעל גביש בינוני.
קסנולית (xenolith), קסנוס=זר, ליתוס=אבן – כאשר המאגמה פורצת ממעמקים, קורה שהיא לוכדת בדרכה החוצה שברים של סלעים שעמדו בדרכה או סלעים משולי אזור החדירה. גודל קסנולית – מ"מ אחדים עד עשרות ס"מ, אך יכול להיות גם גדול יותר.
מרקם פורפירי (porphyric texture) – כאשר נקטע הגיבוש המפריט ויתרת הנוזל מתקשה במהירות, נוצרים גבישים גדולים (מ"מ אחדים) המפוזרים בתוך חומר זעיר גביש שהתקרר במהירות. מבנה פורפירי מזכיר צימוקים בעוגה.
סביבה זו נקראת גם "סביבה וולקנית" על שם וולקן – אל האש והנפחות במיתולוגיה הרומית – שעל פי המסופר עבד בסדנה תת-קרקעית בהר געש באי וולקנו באיים הליפאריים מצפון לסיציליה שהיה פעיל באותה עת. הר הגעש וולקנו הפך שם נרדף לכל הרי הגעש. בסביבה זו נוצרים סלעים געשים, המכונים גם סלעי פרץ, סלעי וולקניים או סלעים אקסטרוסיביים.
חומר סלעי מותך (מאגמה) פורץ ממעמקים אל פני השטח, שם הוא נקרא לבה. הרכב הלבה זהה להרכב המאגמה שקדמה לה. מן הלבה מתנדפים מים וגזים שונים שהיו מומסים בה. הלבה מתקררת על פני השטח במהירות רבה ויוצרת סלע זעיר גביש, ולעיתים נוצרת זכוכית געשית (אובסידיאן). מהתקררות זו נוצר מגוון של סלעים וגעשיים, הדומים בהרכבם לסלעים מגמטיים שנוצרו מאותה מאגמה – לבד מגודל הגביש.
בתוך הר הגעש מצטברים לבה וגזים סמוך לפני השטח. כאשר גובר לחצם על הסלעים ממעל, חלה התפוצצות המנקבת חור בסלע (צינור הזנה) ומעיפה למעלה שברי סלעים הנוחתים מסביב. ההתפוצצות מלווה בענני אדים, בריח גופרית ובקולות רעם חזקים.
תוצרי ההתפוצצות: נוצר לוע (crater) מוקף בסוללה של רסק סלעים מן הסביבה, סלעי בזלת ולבה שהחלה להתגבש. לאחר ההתפוצצות מתמעט הלחץ. כאשר הלבה מתקררת בתוך הלוע, נוצר פקק החוסם את הלוע בין התפוצצות להתפוצצות.
לעיתים הלבה מגיחה מסדקים, ללא התפוצצות, זורמת לאיטה ומכסה שטח נרחב.
תוצרי לבה
הלבה הזורמת נקרשת לסלעי בזלת. לעיתים נוצרים גופים הדומים לחבלים או לצמות. אלה נוצרים כאשר הקרום החיצוני של הלבה מתקשה ועדיין יש בתוכו זרימת לבה.
מנסרותבזלת – מנסרות נוצרות כאשר בבזלת הנקרשת נוצרים סדקים כתוצאה מהתקררות בלתי אחידה והתקשות של השטחים החשופים לאוויר, בדומה לסדקים בבוץ שהתייבש.
מערות – בועות ענק של אדים וגזים שנלכדו בסלע בטרם נקרש.
חרוט מגן (shield cone) – חרוט הנוצר מזרימה (ולא מהתפוצצות) של לבה.
קלדרה (caldera) – לוע התמוטטות של החלק המרכזי בהר הגעש. גודלה עשוי להגיע לעשרות קילומטרים. ההתמוטטות נגרמת בשל היערמות חומר רב על הר הגעש והתרוקנות תא הלבה.
מאר (maar) – לוע התפרצות משני. חומר פירוקלסטי קרוש כיסה סלעים שהכילו מים עומדים או מי-תהום רדודים ויצר מעטה אטום. בשל החום הרב נוצר קיטור שיצר בהר הגעש לוע משני, ללא צינור הזנה.
צינור הזנה – צינורות הזנה של הרי געש נחשפים לעיתים עקב בליה והרס. בשולי הצינור נמצאת לרוב בזלת, ובמרכזו – טוף. קימברליט הוא סוג של צינור הזנה המכיל יהלומים.
בסביבה יבשתית מתרחשים תהליכי בליה (תהליכים כימיים, פיזיקליים וביוגניים, הגורמים להתפוררות של סלעים ויצירת קרקעות), סחף של החומר המפורר ויצירת סלעים חדשים.
הסיבה לבליה: הסלעים נמצאים על-פני השטח בתנאי סביבה שונים מאלה שבהם נוצרו.
דוגמאות:
אוליבין מתגבש בתוך מגמה, בטמפרטורה שבין 1,500 ל-1,800°C ובלחץ של מאות אטמוספירות. על-פני השטח הוא מאבד מיציבותו, נסדק, מתפורר בקלות ומתפרק למרכיבים שונים. הגורם: חומצה פחמתית הנוצרת על ידי CO2 הנמס במים באופן טבעי.
חרסית שוקעת ומצטברת בים, אך ביבשה היא נשטפת בקלות.
מלח שוקע ומתגבש בלגונות שהתייבשו, אך מומס במי גשמים.
גרניט נסדק בכיוונים שונים ומתפורר עקב שינויי טמפרטורה בין יום ללילה.
היווצרות סלעים
בביצות, בנחלים ובאגמים מתרחשת יצירתם של סלעים חדשים בכמה אופנים: גיבוש של שברי סלעים לסלע חדש (דוגמת קונגלומרט נחלי וברקציה) והרבדה של חומרי סחף ויצירת סלעים כגון חרסית אגמית בתהליכי דיאגנזה (diagenesis): תהליכים פיזיקליים, כימיים וביוגניים המלכדים את הגרגרים לסלע באמצעות הידוק ודחיסה.
תהליכי הבליה והגיבוש מחדש יוצרים סלעים מגוונים ותופעות שונות:
שיכוב צולב (cross bedding) – שכבות הרבדה באבן חול המונחות זו על גבי זו בזוויות משתנות.
אופן ההיווצרות ביבשה: שכבות מקבילות הורבדו במדרון דיונה. אלה נהרסו חלקית ובהמשך נוצר ריבוד חדש בזווית אחרת.
אופן ההיווצרות במים: מתרחש כתוצאה משינויים בזרימה המסיעה את החול להרבדה. כל שינוי בכיוון הזרימה משנה את כיוון הריבוד.
שקיעה בגופי מים ביבשה – נחלים, ביצות ואגמים. חומרי סחף גסים מגיעים למקווה מים ומושקעים לרבדי חול ורבדי קונגלומרט וברקציה. בנוסף, שוקעים גם חומרי תרחיף עדינים היוצרים חרסיות וטין. מתוך החומר המומס במים נוצרים חומרים חדשים: סוגי חרסית (קאולין) וגיר. קאולין עשוי להכיל שרידים של צמחייה יבשתית.
קיימת הבחנה בין שקיעה יבשתית וימית, והיא מתאפשרת על ידי בחינת מאובנים ובדרכים נוספות. שקיעה בשטח נרחב היא לרוב ימית. שקיעה בשטח מצומצם – עדשות רוחב של מאות מטרים – היא לרוב אגמית.
קרקעות – תהליכי המסה, שטיפה, פירוק והשקעה – כולם יבשתיים – יוצרים קרקעות. קרקעות אינן מצטברות לשכבה עבה בשל שטיפה מתמדת, ולכן נדיר למצוא אותן בחתכים גאולוגיים. קרקעות הן למעשה שלב ביניים בין פירוק סלעים ויצירתם של חדשים.
חמאדה (hammada) – קרקעמדברית המכוסה בחלוקים ובשברי סלעים שנחשפו לאחר שהרוח העיפה את גרגירי החול.
קרסט – מי גשמים ומי תהום מועשרים ב-CO2 מן האוויר ומן הקרקע ממיסים גיר ודולומיט ולעיתים גם מלח. המסה קרסטית יוצרת דוגמאות שונות: על-פני השטח – תעלות; בתוך הסלע – מערות ומחילות.
קרומים אלה נוצרים באזורים טרופיים חמים וגשומים ובעת התהוותם הם מסלקים תחמוצות צורן ומתכות. החומר הנותר: קאוליניט ותחמוצות של ברזל ואלומיניום שאינם מסיסים. הקרומים עבים למדי: שכבה של 20 מטרים של סלע-אם יוצרת שכבה של 1 מטר קרום.
פיזוליתים (pisoliths) – לטריט בעל מבנה של תרכיזים דמויי אפונים.
סביבה חופית מהווה גבול מעבר ומגע בין סביבה יבשתית לסביבה ימית. בסביבה זו נוצרים סלעים שמקורם בבליה יבשתית המתגבשים בחומר מלכד מסביבה ימית. לדוגמה: כורכר, שהוא אבן חול מגובשת בגיר ממוצא ימי. סלעים נוספים הנוצרים בסביבה זו הם סלעי חוף – קלקארניט (Calcarenite) – הבנויים מחול ומשרידי צדפות המלוכדים גם הם בגיר ימי.
תופעות בסלעים מסביבה חופית
גומות המסה (solutions basins) – שינויי טמפרטורה יוצרים בסלעים סדקים, אליהם חודרים מים המכילים פחמן דו-חמצני וממיסים אותם. גומות המסה מושפעות גם מגלי גאות ושפל. פחמן דו-חמצני מופק בלילה מצמחים ימיים וממיס גיר מלכד בכורכר.
גלונים (ripple marks) – מבנה של גלי חול קטנים בסלע. זרמי מים יוצרים גלונים בטין ובחול בתוך המים. זרמי אוויר יוצרים גלונים בטין ובחול על שפת המים. הגלונים משתמרים על הסלע בעת התקשותו.
טביעות רגליים – טין משמר עקבות רגלי ציפורים ועקבות זחילה ונבירה של בעלי חיים באזור הצפה של גלים. תופעה זו מתרחשת גם בשפת אגמים וביצות, והיא אופיינית למים רדודים.
משטחי הצפה – שקיעת חרסית המכילה צדפות וחלזונות בתחום הצפה עונתי של ים שטוח.
האזור הנריטי (neritic zone) – עד עומק של 200 מטרים
האזור הבתיאלי (bathyal zone) – עומק שבין 200 ל-2,000 מטרים
אזור התהומות (נקרא גם "האזור האביסלי", abyssal zone) – מעומק של 2,000 מ' והלאה
היווצרות סלעים ימיים
היווצרות סלעים ימיים קשורה בגורמים הבאים:
יצורים זעירים באזור הפלגי (palegic) – היצורים הצפים או שוחים בשכבה העליונה של הים, בתחום חדירת קרני השמש – פלנקטון
בעלי-חיים באזור הבנתוס (benthos) – היצורים החיים בתוך טיןקרקעית הים או עליה, (צדפות, חלזונות ועוד)
שחק דק המובא מן היבשה
תהליכים כימיים המשקעים חומרים מומסים שהוסעו על ידי נחלים ושיטפונות
השוני בין הסלעים הנוצרים בסביבה זו נעוץ בתנאים מקומיים משתנים בתוך האוקיינוס:
עומק – מ-3,000 מטרים באוקיינוס האטלנטי ו-4,500 מ' באוקיינוס השקט שורר לחץ רב של CO2 הממיס שלדים קלציטיים ואינו מאפשר גיבוש סלעים המכילים אותה.
בנוסף, חרסית נוצרת בעומקים שונים. אם בים רדוד נוצרת כמות גדולה של סלעי גיר וקירטון, שאינם מאפשרים לה להתגבש. בתחום הביניים ישקע חוואר ובמים עמוקים יותר נוצרת חרסית נקיה.
זרמי הים – מים זורמים מחדשים מלאי של חמצן מן האוויר שהם באים איתו במגע. מים עומדים בקרקעית הים (סטגננטיים) אינם מחדשים מלאי חמצן ולכן מאפשרים יצירת גיר, קירטון וחרסית עשירים בחומר ביטומני שאינו מתפרק בסביבה חסרת-חמצן.
חומציות מי הים – מושפעת מן הזרמים ומעומק המים.
טופוגרפיה של הקרקעית – משפיעה בעיקר על סחף היוצר חרסיות.
אבן חול (sandstone) – גרגירי קוורץ מובאים לים הרדוד ושוקעים בו, בעיקר באזור החוף. האופי הימי מתבטא לעיתים בצורות מיוחדות של שיכוב צולב.
קירטון (chalk) – סלע לבנבן, רך ועשיר בדפוסי מאובנים זעירים. נוצר מפלנקטון, יצורים פלגיים, חלקם מסדרת החוריריות (foraminiforida).
אופן היווצרות: בעלי החיים ממצים מן הים פחמת סידן ובונים ממנה את שלדיהם. לאחר מותם, השלדים נושרים ומצטברים על הקרקעית כבוצה גירית. הבוצה מתכסה שכבות נוספות הלוחצות שכבות תחתונות. השכבות התחתונות מאבדות מים ונוצר הסלע.
גיר (limestone) – לרוב נבנה מקונכיות ושלדים גיריים ולעיתים נוצר על ידי שקיעה כימית של פחמת הסידן. התהליך כולל המסה חלקית בבוצה וגיבוש מחדש של קלציט. בתוך הגיר ניתן למצוא שלדים זעירים ומאובנים גדולים: צדפות, חלזונות, קיפודי ים ועוד.
כמו הקירטון, גם הגיר נוצר בעומקים שונים באוקיינוסים: באטלנטי – 4,500 מ' ובשקט – 3,000 מ'.
דולומיט (dolomite) – סלע דומה במראהו לגיר ואף שכיח באזור הימצאות גיר. דולומיט מורכב מפחמת הסידן וממגנזיום, בשונה מגיר: ייתכן וחלק מן הסידן הגירי התחלף במגנזיום. בדולומיט קיים שימור גרוע של מאובנים בשל המגנזיום. ניתן לראות היווצרות עכשווית של דולומיט בלגונות רדודות באזורים חמים (סבחות) בשקיעה ישירה (תופעה נדירה).
צור (chert, flint) – מופיע בסמיכות לסלעים ימיים אחרים או כנודולות בתוכם: גיר, קירטון או פוספוריט ומכיל מאובנים ימיים.
פצלים (shale) – סלע דק גרגיר, דומה לחרסית אך קשה ממנה ואינו עיסתי. צבעו: אפור, ירקרק או אדמדם. הסלע מורכב מגרגירי קוורץ קטנים (טין), מינרלים חרסיתיים ומנציץ, וכמותו מתפצל ללוחות דקים. למעשה זו חרסית שעברה שינויים, כנראה בלחץ השכבות מעליה.
טין (silt) – סלע המורכב מגרגירי קוורץ קטנים ומתפורר לאבקה. צבעיו: לבנבן – אם הוא מורכב מקוורץ בלבד; חום, אדמדם וסגול – אם חדרו לתוכו תחמוצותברזל. לעיתים הוא מתלכד בחומר גירי, ואז תוסס ב חומצה מלחית בריכוז נמוך.
קוורציט (quartzite) – סלע קשה המורכב מגרגירי קוורץ ומחומר מלכד חזק – סיליקה או תחמוצותברזל. קוורציט הוא אבן חול בליכוד משני, משקעי או מותמר. צבעו: חום, סגלגל, לבנבן.
סביבה אוופוריטית היא סביבה של התאדות-יתר המתקיימת גם ביבשה (אגמים) וגם בים (לגונות רדודות). סביבה זו מתאפיינת במים רדודים, בהתאדות מהירה של המים, ובחוסר בהספקת מים טריים. המים מתאדים וריכוז המלחים בהם גדל, עד כי הם מגיעים לרוויה ושוקעים אל הקרקעית.
סביבה מטמורפית (מטמורפוזה – מיוונית: שינוי צורה, מעבר מצורה לצורה) – סביבה של התמרה (מלשון תמורה, שינוי). סביבה זו אינה קבועה במקום אלא היא סביבה של תהליך.
התמרה מתרחשת כאשר סלעים שנוצרו בקרבת פני השטח נקברים בעומק רב בו שוררים חום ולחץ גבוהים, או כאשר מאגמה לוהטת חודרת לתוכם.
התמרה – שינוי המתרחש בסלעים שכבר נוצרו, ויוצר סלעים חדשים.