וולקנולוגיה - היסטוריה של המחקר הוולקנולוגי - מקור המאגמה

במחצית הראשונה של המאה ה-20 היו קיימות שתי השערות עיקריות על מקור המאגמה ועל טבעו:

מאחר שהסוג הנפוץ ביותר של סלעים געשיים היה בזלת, נראה זה הגיוני כי גם המקור הוא בזלתי בהרכבו, ואולי אף סוג בזלת המצוי בלחץ גבוה – אקלוגיט. המאגמה הבזלתית, אם כך, נובעת מהתכה של סלעי המקור.

הגישה האחרת ראתה במאגמה תוצר התכה חלקית של פרידוטיט בעומק של כמה מאות קילומטרים.

 

השערות אלה נבעו מנוכחות קסנוליתים של אקלוגיט ופרידוטיט בכמה הרי געש, ומאחר ואלה נמצאו בתוך המאגמה – נראה היה הגיוני כי סלעים אלה הם המקור למאגמה כולה. מדידות גאופיזיות שנערכו בפרידוטיט ובסלעים אולטרה-מאפיים בתנאי לחץ וטמפרטורה גבוהים היטו את הכף לטובת מקור פרידוטיטי, מאחר שהשוואת תוצאות מדידות אלה לתוצאות שהתקבלו ממדידת מהירותם של גלים סייסמיים הנעים בעומק כדור הארץ בעת רעידת אדמה העלתה תכונות דומות. בעקבות כך אומץ הרעיון כי הרכבה של המעטפת פרידוטיטי. בשנת 1928 הציע בואן כי סוג הסלע היחיד היכול להפיק מאגמה בזלתית הוא פרידוטיט, וכי זו נוצרת בעומק שבין 75 ל-100 ק"מ, ותהה אם ההתכה מתרחשת כתוצאה מהפחתת לחץ או כתוצאה מחימום מחדש. באותה שנה פרסם ארתור הולמס את רעיון זרמי הערבול, אולם נראה שבואן לא היה מודע לכך. רק עם התפתחות הגאודינמיקה וקבלת התאוריה של הולמס בדבר זרמי ערבול ניתן היה להראות כי פרידוטיט יכול לעלות לאזורים של לחץ נמוך במעטפת, ובכך לגרום להתכה ללא תוספת של חום.

 

במחצית הראשונה של המאה ה-20 עדיין נדון רעיון ההתכה החלקית של פרידוטיט, אולם רעיון אחר – הגורס התכה מלאה של שכבה בזלתית עמוקה כמקור למאגמה – היה מקובל על קבוצה אחרת של גאולוגים, רעיון ששרד עד שנות ה-60. בספרו "הרי געש" (Volcanoes) משנת 1936 הציע הוולקנולוג השווייצרי אלפרד ריטמן (Alfred Rittmann‏, 1893-1980) כי כל הסלעים הגעשיים נובעים משכבה גלובלית של מאגמה בזלתית. לספר זה הייתה השפעה רבע על חוקרים. אחד מהם, הפטרולוג הנורווגי טום בארת (Thomas Fredrik Weiby Barth‏, 1899-1971) – שכיהן כראש השירות הגאולוגי הנורווגי. בארת כתב בשנת 1951 כי העובדה שמכל מקום בו נסדק קרום – יהא זה ביבשת או באוקיינוס – נפלטת מאגמה בזלתית זמינה, מהווה הוכחה לקיומה של שכבה בזלתית מותכת תת-קרומית, והיה מודע להתנגדות הגאופיזיקאים לפיה שכבה שכזו לא הייתה יכולה להעביר גלים סייסמיים – בניגוד לתצפיות. אותם גאופיזיקאים הציעו כי מאגמה בזלתית מתנהגת כזכוכית בתנאי הלחץ הגבוה השוררים מתחת לקרום, ולכן יכולה להעביר גלים סייסמיים. לכן, קבע בארת בעבודתו על פטרולוגיה תאורטית משנת 1962, כי חיוני הדבר ששכבת הבזלת התת-קרומית מותכת ולא גבישית בבסיסה התת-קרקעי, אחרת לא תוכל להגיע אל פני השטח בהרכב הומוגני כפי שנראה בתצפיות.

הגאולוגים פרנסיס טרנר (Francis John Turner‏, 1904-1985) מניו זילנד וג'ון ורהוגן (John Verhoogen‏, 1912-1993) מבלגיה נפגשו באוניברסיטת קליפורניה בברקלי. השניים קיבלו בשנת 1951 את העדויות הסייסמיות למוּצקוּת המעטפת, וחישבו כי היא מורכבת מפרידוטיט או מאקלוגיט. מכך נבע כי המאגמה הבזלתית המקורית חייבת הייתה לנבוע ממעטפת מוצקה בעיקרה, שהרכבה היה שונה מזה של הבזלת. הם סברו כי עליית הטמפרטורה בהתאם לעומק והחום הנובע מדעיכה רדיואקטיבית בתוך כדור הארץ יכולים לספק את החום הנדרש להתכה. בספר הלימוד שכתבו ב-1951 על פטרולוגיה של סלעי יסוד וסלעים מותמרים קבעו טרנר וורהוגן:

 

”בעיית מקור המאגמה הבזלתית היא, לכן, לא כל-כך מציאה של מקור חום מספק, כפי שהיא הצורך להסביר כיצד כמויות קטנות יחסית של חום עשויות להפוך לריכוזים מקומיים שביכולתם ליצור כיסי נוזל קטנים יחסית במעטפת, שבאופן רגיל היא גבישית.“

 

במשך זמן קצר שקלו טרנר וורהוגן את ההשערה כי מאגמה בזלתית יכולה להיווצר באמצעות התכה של פרידוטיט במעטפת בתהליך של הפחתת לחץ, אולם במהרה דחו אותה מאחר שלא הצליחו לראות כיצד יכולה הפחתת לחץ להתרחש באופן אפקטיבי בעומקים כאלה. הם הבינו כי התכה עשויה להתרחש אם תתקיים הסעה של חומרי מעטפת לשכבות רדודות יותר – כפי שהציע ארתור הולמס. מנגנון זה אכן נראה אפשרי, כל עוד הטמפרטורה בעומק המעטפת הייתה גבוהה יותר מזו של נקודת ההתכה של המעטפת בעומק פחוּת. ועדיין, השניים לא היו בשלים לקבל את קיומה של הסעה בכדור הארץ המוצק, דבר שהוביל אותם למסקנה כי לא ידוע בוודאות איזו הסעה קיימת במעטפת, וכן לא ידוע אם הסעה שכזו יכולה להיות אפקטיבית בחלקי המעטפת העליונים, במקום בו נוצרת המאגמה. להבנתם, על אף שהסעה עשויה להוביל להתכה – קשה יהיה לראות זאת, והבעיה של היווצרות המאגמה "נותרת חידתית כשהייתה".

 

הצהרה זו משקפת את היחס לתאוריות על היווצרות המאגמה באמצע המאה ה-20. בשעה שחלה התקדמות רבה בהבנת הכימיה והמינרלוגיה של סלעים געשיים, חוקרי מדעי כדור הארץ היו אובדי עצות בניסיון להסביר את ההתכה. הסיבה העיקרית לכך הייתה התפישה הסטטית של כדור הארץ באותה עת, לפיה במעטפת מוצקה לא יכולה להתקיים הסעה. עם זאת, שנות ה-60 זימנו גילויים חדשים על קרקעית האוקיינוסים והתקדמות רבה בתחום הגאודינמיקה – שבמהרה שינו את ראיית הדברים. על אף שההתכה לא הובנה כראוי באותה תקופה, החל להצטבר ידע על אזורי המקור במעטפת באמצעות חקר קסנוליתים, שרבים מהם פרידוטיטים בהרכבם – דבר שהעניק אמינות רבה יותר לרעיון אזור ההיווצרות של מאגמה בזלתית בתוך המעטפת, המורכבת בעיקר מפרידוטיט.