סלע יסוד

"אל קפיטן" – צוק גרניטי בפארק הלאומי יוסמיטי

טוף בהר הגעש הכבוי בכרם מהר"ל

סלע יסוד הוא סלע מאגמטי שנוצר מהתגבשות של סלע מותך – מאגמה או לבה – כתוצאה מהתקררותו. שמם העברי נובע מהיותם של סלעים אלה תוצרים ראשוניים של תהליכים גאולוגיים, ושמם הלועזי – Igneous rocks – נובע מהמילה הלטינית igneus, שמשמעותה: אש.

מקור המאגמה בהתכה של סלעים, המתבצעת בשלוש דרכים:

• שחרור לחץ בחלקה העמוק של המעטפת, בו נוצרת מאגמה בזלתית הנפלטת ברכסים מרכז-אוקייניים, בנקודות חמות ובגב קשתות איים.
• התכת שטף – שינוי בהרכב הכימי של הסלעים, בעיקר בשל תוספת מים המורידה את נקודת ההתכה. תהליך זה מתקיים בעיקר באזורי הפחתה.
• התכה בעליית טמפרטורה הגורם לשבירת הקשרים בין חלקיקי החומר והפיכתו לנוזל.

מרבית התכת הסלעים מתרחשת בשני התהליכים הראשונים. התהליך השלישי נדיר יותר.

סלעי היסוד הנחשפים או נוצרים על-פני השטח מאפשרים הצצה להרכב המעטפת ולתנאים השוררים בה, והצצה נוספת לתהליכים שהתרחשו בעבר באמצעות תיארוכם ביחס לשכבות הסמוכות.

סוגי הסלעים

נהוג לחלק את סלעי היסוד לשני סוגים עיקריים, על פי מקום ואופן היווצרותם:

סלע פלוטוני

ערך מורחב – סלע פלוטוני

סלע פלוטוני קרוי גם "סלעי תהום" ו"סלע אינטרוסיבי" (Intrusive Rock) – סלע שהתגבש ממאגמה במעטפת כדור הארץ בתהליך איטי, ורק אחר-כך – כתוצאה מתהליכי הרמה ובליה – נחשף על-פני השטח. התקררותה האיטית של המאגמה מאפשרת צמיחת גבישים גדולים. גרניט הנוצר בדרך זו מהווה תשתית ליבשות בדמות מסיבים ושילדים. סלעים פלוטוניים מתגבשים גם בתוך הקרום כמחדרים פלוטוניים דוגמת דייקים, סילים, בתולית ולקולית. דוגמאות לסלעים פלוטוניים: גרניט, גברו, דיוריט וסיאניט.

גופי חדירה פלוטוניים: A – בתולית, B – דייק, C – לקולית, D – פגמטיט, E – סיל, F – הר געש שכבתי

מחדרים פלוטוניים

ערך מורחב – מחדר פלוטוני

חלוקה פנימית של המחדרים מתייחסת לעומק התגבשותם, כאשר גופי חדירה עמוקים הם אלה המתגבשים עמוק מתחת לקרום, ואילו גופי חדירה רדודים המתגבשים קרוב לפני השטח נקראים "סלעי ביניים" (hypabyssal rocks). סלעי הביניים מוגדרים כאלה הנוצרים באזור הביניים שבין מקום היווצרם של סלעים פלוטוניים בעומק המעטפת לבין מקום היווצרם של סלעים געשיים מעל הקרום. עם זאת, מאחר שלא ניתן לתחום אזור מדויק ומוגדר בו הם נוצרים, ומאחר וגופי חדירה דומים נוצרים בעומקים שונים – גאולוגים רבים ויתרו על חלוקה זו.

סלע געשי

ערך מורחב – סלע געשי

סלע געשי קרוי גם "סלע פרץ", "סלע וולקני" או "סלע אקסטרוסיבי" (Extrusive Rock) – סלע שהתגבש מלבה שפרצה אל מחוץ לקרום במהלך התפרצות געשית מתוך הר געש או מבעד לסדקים בקרום והתקררה במהירות, ועל כן הסלעים מורכבים מגבישים קטנים מאוד ואף אמורפיים. בין הסלעים הגעשיים נמנים גם סלעים פירוקלסטיים דוגמת טוף ואגלומרט, שנוצרו מהתגבשות טפרה – החומר שנפלט לאוויר מתוך הרי געש ונופל אחר-כך לקרקע. דוגמאות לסלעים געשיים: בזלת, ריוליט, סקוריה, פומיס ואובסידיאן.

סלעים תת-געשיים

סלעים תת-געשיים הם סלעי יסוד בעלי גבישים בינוניים הנוצרים לא על-פני השטח אלא בעומק רדוד בקרום. דוגמאות לסלעים תת-געשיים: דיאבז, פורפיר ולמפרואיט – הנחשב גם לסלע געשי וגם לסלע תת-געשי.

מיון

תרשים אינטראקטיבי של שורת בואן

מיון סלעי היסוד היה אחד ההיבטים המבלבלים ביותר של הגאולוגיה בתחילת ימיה כמדע. באותם ימים תואר כל סלע חדש על ידי גאולוג כבעל מאפיינים שונים מאלה של סלעים שתוארו בעבר, כך שניתן היה לתת לו שם ייחודי. אולם נטייה זו גרמה להרחבה מוגזמת במיון הסלעים, מאחר שסלעים זהים במוצאם ובהרכבם עשויים היו להראות סימני בליה מבלבלים – שלא דמו לסימנים בסלעים אחרים מאותו סוג. מסיבה זו נחוץ היה לבנות מערכת קריטריונים שתאפשר בחינה ומיון של סלעי יסוד, הן בשטח – במחשופים ובדוגמאות יד – והן במעבדה.

בשנת 1902 הציעה קבוצה של פטרוגרפים אמריקאים לבטל את שיטות המיון המיושנות, שהיו מעורפלות ולא מדעיות, ולפתח במקומן מיון כמותי המבוסס על אנליזה כימית. הם טענו כי הרכבם הכימי של סלעי היסוד הוא תכונתם החשובה ביותר, וכי חשוב לקדמו לעמדת חשיבות גבוהה.

באותה עת החל מיון של סלעים על-פי הרכב המינרלים, שעד אז היה בשולי המחקר. בשנת 1911 הציג נורמן לוי בואן את שורת בואן הקרויה על שמו – תרשים המתאר גיבוש מפריט של מינרלים במאגמה בטמפרטורות שונות ואת אופן גיבושם של סלעים שונים ממאגמת-אם אחת. התרשים של בואן וספרו "האבולוציה של סלעי יסוד" משנת 1928 הניחו את היסוד למחקר הרכב המינרלים של סלעי יסוד.

המאגמות והלבות הבונות סלעי יסוד הן תמיסות מורכבות, שהרכבן הכימי כה מגוון עד שנחוץ היה לתחום קווים שרירותיים על-מנת להבדיל בין הסלעים הנוצרים מהן וליצור קריטריונים ברורים למיונם. קריטריונים אלה מגדירים סלעים באמצעות צבעם, מרקמם, הרכב המינרלים היוצרים אותם והרכבם הכימי, ושילובם מספק מידע חשוב על התנאים בהם נוצרו.

מיון על-פי צבע

המיון הראשוני בשטח נעשה על-פי צבע הסלע, הנובע מהרכב המינרלים הבונים את הסלע ובגודל גבישיהם: סלעים המכילים כמות גדולה של פצלת השדה וקוורץ נוטים להיות בהירים, ואילו סלעים המכילים כמות גדולה של אוליבין, פירוקסן ואמפיבול נוטים להיות כהים. לצורך מיון כזה נבנה "מדד צבע" (colour index), המאפשר לשער את הרכב המינרלים בסלע על-פי צבעו.

עם זאת, צבע הסלע עשוי להטעות כאשר מדובר בסלעים בעלי הרכב מינרלים זהה אך במרקם שונה. לדוגמה: גרניט הוא סלע בהיר בעל גבישים גדולים המכיל 70%–75% קוורץ וכן פצלת השדה, נציץ ומינרלים נלווים, ואילו אובסידיאן – סלע אמורפי המכיל הרכב מינרלים דומה נראה כזכוכית שחורה.

מיון על-פי מרקם

גבישים גדולים של קורונדום כחול בפגמטיט שגודלו 35x15 ס"מ תמונה

מרקם נקבובי בסקוריה

מיון זה נעשה על-פי גודל הגרגרים – גבישי המינרלים הבונים את הסלע – ובדומה למיון על-פי צבע, גם מיון זה יכול להיעשות בשטח בדוגמת יד או במחשוף גאולוגי. סלעים בעלי הרכב כימי ומינרלי דומה עשויים להציג מגוון רחב של מרקמים, הנובעים מאופן ומשך התקררות המאגמה. מיון סלעי יסוד על-פי מרקמם משמש קריטריון חשוב להבחנה בין סלעים פלוטוניים – שגבישיהם נוטים להיות גסים או בינוניים, לבין סלעים געשיים – שגבישיהם נוטים להיות קטנים.

מרקם מהווה קריטריון חשוב בעיקר בסלעים געשיים. מרכיבים כגון גודל, צורה, כיוון ותפוצה של גרגרי המינרל וכן היחס ביניהם מציינים שלבים בדרכו של הסלע, החל מהגיבוש המפריט וכלה בהתקררות והתגבשות הלבה לסלע. עם זאת, בסיווג סלעים פלוטוניים מהווה המרקם קריטריון משני מאחר שסלעים אלה מתאפיינים בגבישים גדולים ולרוב נראים לעין.

כמה סוגי מרקם אופייניים לסלעי יסוד:

• מרקם פגמטיטי – גבישים גדולים במיוחד – מ-20 מילימטר ומעלה. סלעים מסוג זה מכונים "סלעים פגמטיטיים". פגמטיטים נוצרים בהתקררות של מהירה יחסית של מאגמה. תהליך יצירת הפגמטיט מתחיל לרוב כשמחדר כדייק או סיל חודרים לתוך סלע קר, ללא חשיפה בפני השטח. סלעים אלה מאפשרים גידול מואץ של גבישים על אף התקררות מהירה יחסית.
• מרקם פנריטי – ניתן לראות את הגבישים בסלע בעין בלתי מזוינת. מרקם זה נובע מהתקררות איטית של מאגמה מתחת לפני השטח.
• מרקם אפינטי – סלע שהגרגרים הבונים אותו הם כה דקים עד כי לא ניתן לראותם בעין בלתי מזוינת. מרקם זה נובע מהתקררות מהירה של המאגמה כתוצאה מחשיפה לאוויר בהתפרצות געשית או מהתגבשות קרוב לפני השטח.
• מרקם פורפירי – מרקם המתאפיין בגבישים גדולים הנראים בבירור רב והקרויים לכן פֶנוקריסטים (מיוונית – "גבישים נראים") בתוך מסת אם של גבישים קטנים יותר, שבדרך כלל אינם נראים לעין.
• מרקם נקבובי – מרקם המורכב מחללים הנוצרים בשל כליאת בועות גז בעת ההתקררות.
• מרקם זגוגי – מעטה חיצוני חלק הנובע מהתקררות מהירה מאוד בפני השטח.
• מרקם פירוקלסטי – הסלע מכיל שברים של גבישים וסלעים.
• מרקם אחיד – הסלע מכיל גבישים אחידים בגודלם.

הגורמים למרקם

מרקם פורפירי של מסת האם בדיאבז עם פנוקריסטים של פלגיוקלז

• קצב התקררות – הגורם העיקרי הקובע את מרקם סלעי היסוד הוא קצב ההתקררות של המאגמה או הלבה. התקררות איטית מאפשרת צמיחה של גבישים גדולים יותר מאלה המתאפשרים בהתקררות מהירה.
• שיעור הפעפוע – תנועתם של אטומים ומולקולות בנוזל אחראית לזמינות המרכיבים הדרושים לבניית גבישים.
• קצב ההתגרענות של גבישים חדשים – הקצב בו מתכנסים המרכיבים הבונים את הגביש מבלי להתמוסס קובע האם ייווצרו גבישים חדשים או לא.
• שיעור צמיחתם של גבישים – יכולתם של גבישים לצמוח ללא הפרעה בתוך המאגמה או הלבה. נתון זה מושפע משני קודמיו.

גורמים אלה תלויים רבות בטמפרטורת הנוזל מאחר שהתגרענות גבישית לא תתאפשר בטמפרטורות הקרובות לנקודת ההתכה של המינרל או גבוהות ממנה.

מארג מינרלי

היבט נוסף של המרקם הוא המארג – היחס ההדדי בין הגרגרים והיערכותם הגאומטרית בסלע. מארג זה תלוי בצורת הגבישים המרכיבים אותו:

• אם מרבית הגבישים הם אֵיאוֹהֶדרָליים (Euhedral)– גבישים מפותחים היטב, הם יהיו קשורים היטב בפאותיהם ויצרו מרקם אחיד.
• אם מרבית הגבישים הם סבהדרלי (Subhedral) – גבישים שפאותיהם החיצוניות מפותחות באופן חלקי, רק חלק מפאותיהם יהיו קשורות היטב והם יצרו מארג בינוני. מארג זה אופייני למרקם פנריטי.
• אם מרבית הגבישים הם אַנהדרלי (Anhedral) אנהדרלי – גבישים שמישוריהם אינם מפותחים והם מעוותים, הם יהיו קשורים ביניהם בקשרים רופפים ויצרו מרקם הדומה לזה של קוביית סוכר.

מיון על-פי הרכב מינרלוגי

מינרלים יוצרי סלע חשובים בסלעי יסוד הם קוורץ, פצלת השדה, פלדשפטואידים, אוליבין, פירוקסן, אמפיבול ונציץ. נוכחותם והיחסים הכמותיים ביניהם מהווה מרכיב חשוב במיון סלעי יסוד.

דיאגרמת QAPF

ערך מורחב – דיאגרמת QAPF

מערכת מדויקת יותר למיון מינרלוגי היא דיאגרמת QAPF, שפותחה באיגוד הבין-לאומי למדעי הגאולוגיה (IUGS – International Union of the Geological Sciences), והפכה למקובלת בקרב גאולוגים בעולם מתחילת המאה ה-21, בעיקר למיון של סלעים פלוטוניים אך גם של סלעים געשיים. באמצעות תרשימים אלה ניתן למיין ולהעניק שם לסלעים בעלי הרכב מינרלוגי ידוע. האותיות Q, A, P ו-F מייצגות בתרשים את המינרלים קוורץ, פצלת שדה אלקלית, פלגיוקלז ופלדשפטואידים בהתאמה, והתרשים בנוי באופן המייצג את האחוז היחסי של המינרל בסלע.

• 
  דיאגרמת QAPF לסלעים פלוטוניים
• 
  דיאגרמת QAPF לסלעים געשיים

מגבלות המיון המינרלוגי

נוכחות המינרלים בסלע והיחסים ביניהם נובעים מהרכב המגמה. מיון כזה יכול היה להיות מושלם אם כל המינרלים שיכולים היו להתגבש מתוך המאגמה אכן היו מתגבשים בה, וכך מתרחש בסלעים פלוטוניים המתגבשים לאט. לעומת זאת, בסלעים געשיים המתגבשים מהר על-פני השטח מופרעת התגבשות המינרלים. סלעים כאלה עשויים להיות זכוכיתיים או שגבישי המינרלים שהספיקו להתגבש קטנים מכדי להיות מובחנים. לכן, מערכת מיון כזו, המושתתת באופן בלעדי על נוכחות מינרלים, יכולה להיות בשימוש רק בסלעים פלוטוניים.

אפשר לראות את מגבלותיה של מערכת מיון מינרלוגית כאשר מתבוננים בתרשימים המנתחים סלעים געשיים. תרשימים כאלה מראים לרוב כי דקיט מכיל כמויות גדולות של פלגיוקלז, כמויות קטנות של קוורץ, סנידין או אלקלי פלדספר, ביוטיט והורנבלנדה – כפי שניתן לראות בדיאגרמת QAPF לסלעים געשיים. עם זאת, עד כה לא נמצא דקיט המכיל אלקלי פלדספר. הסיבה להבדל נעוצה בהנחת המוצא של התרשים כי כל המינרלים העשויים להתגבש מתוך המאגמה אכן עושים זאת, ובמקרה זה לא התקיימה התגבשות של אלקלי פלדספר בשל הפרעה הנובעת מקירור מהיר על-פני השטח.

מיון על-פי הרכב כימי

הרכב מינרלי וכימי של סלעי יסוד

הרכבם הכימי של סלעי יסוד הוא המאפיין העיקרי שלהם המשקף את הרכב המאגמה ממנה נוצרו, ולכן מעניק מידע רב על מקור הסלע. הרכב המאגמה קובע את המינרלים שיתגבשו בה ואת תכונותיהם. עם זאת, בלתי-אפשרי לקבוע את ההרכב המינרלי של סלעים רבים, בעיקר געשיים, במחשוף או בדוגמת יד, ולכן מהווה המיון הכימי אמצעי אחרון הנקבע במעבדה.

מיון כימי פשוט מחלק את סלעי היסוד לפי סוג פצלת השדה ונוכחות או היעדר קוורץ ופלדשפטואידים בסלע, ובסלעים נעדרי מינרלים אלה – לפי סוג מינרלי הברזל או המגנזיום. מאחר שנוכחות קוורץ ופלדשפטואידים בסלע אחד אינה יוצרת קשרים יציבים, סלעים ממוינים לסלעים פלסיים מכילי-קוורץ עתירי-סיליקה ולסלעים מאפיים מכילי-פלדשפטואידים ודלי-סיליקה. המיון המינרלוגי של סלעי יסוד חשוב לקביעת סוג המאגמה או הלבה שיצרה אותם. מאחר שחמצן וצורן הם היסודות הנפוצים ביותר בלבה, מוגדרים ההבדלים בהרכבן של לבות מסוגים שונים על-פי תכולת הסיליקה והקוורץ היחסית בהן:

סוג המאגמה/לבה	תכולת סיליקה	תכולת קוורץ	סלעים פלוטוניים	סלעים געשיים
פלסית	65%<	10%<	גרניט	ריוליט, טוף, פומיס, אובסידיאן
בינונית	55%–65%	10%>	דיוריט	אנדזיט
מאפית	45%–55%	0%	גברו	בזלת, סקוריה
אולטרה-מאפית	45%>	0%	פרידוטיט	קומטיט, בוניניט

סלעים מאפיים ואולטרה-מאפיים שאינם מכילים קוורץ מזוהים לרוב על ידי נוכחות מינרלים המתגבשים אך ורק בסביבה דלה או נטולת-סיליקה, דוגמת אוליבין או פלדשפטואידים.

מיון TAS

ערך מורחב – מיון TAS

מיון TAS הוא שיטה כימית להבחנה בין סלעים געשיים, המבוססת על היחסים בין המרכיבים האלקליים לבין הסיליקה בסלע. השם TAS נובע מההגדרת השיטה: Total Alkali versus Silica – סך כל האלקלים לעומת הסיליקה. שיטת מיון זו – שפורסמה בשנת 1986 – פשוטה לשימוש בסלעים שכבר עברו ניתוח כימי, וגאולוגים נוטים להשתמש בה מאחר שהיא עקבית.

• 
  דיאגרמת TAS

מקור המאגמה – תהליכים מגמטיים

ערך מורחב – מאגמה

עקומות מוּצקיוּת ונוֹזליוּת של התכת סלעים

תהליכים מגמטיים המובילים ליצירת מאגמה נקראים גם "תהליכי יסוד" ומתרחשים בשלושה שלבים:

• היווצרות מאגמה מסלעים מוצקים באמצעות התכה
• הובלת והסעת המאגמה ממקום למקום
• התקררות המאגמה עד להתמצקותה ויצירת סלעי יסוד

על-פני השטח קשורים תהליכים אלה באופן הדוק בטקטוניקת הלוחות, מאחר שהם מתרכזים בשולי הלוחות בגבולות פתיחה – דוגמת רכסים מרכז אוקייניים, וגבולות סגירה – דוגמת אזורי הפחתה, אם כי ידועים גם תהליכים מגמטיים פנים-לוחיים – דוגמת נקודות חמות כזו הנמצאת מתחת להוואי.

קיימות שלוש דרכים להתכת סלעים:

• התכה בעליית טמפרטורה – כאשר מחממים סלע הנמצא במצב מוצק, הטמפרטורה הפנימית שלו עולה עד שהיא מגיעה לנקודת ההתכה של סלע זה. בנקודה זו גורמת הטמפרטורה לשבירת הקשרים בין חלקיקי החומר ולהפיכתו לנוזל. התכה מסוג זה אינה נפוצה, ובמרבית המקרים מתרחשת התכת סלעים ללא עלייה בטמפרטורה.
• התכה של שחרור לחץ – הלחץ בחלקה העמוק של המעטפת גבוה דיו לשמור על הסלעים במצב מוצק על אף הטמפרטורות הגבוהות השוררות בו, בכך שהוא שומר על המבנה הפנימי הסדור של הסלע. שחרור הלחץ מפריע למבנה הפנימי ובכך הוא מאפשר לחום הרב להתיך סלעים.
• התכת שטף – התכה בנוכחות נוזלים, בעיקר מים, המתרחשת באזורי הפחתה ובקשתות איים. באזורים אלה חודר גוש עתיק, קר וכבד של ליתוספירה אוקיינית, הנושא עליו סלעי משקע ספוגים במים, אל המעטפת המצויה מתחת ללוח אחר. נוכחות המים מורידה את נקודת ההתכה של הסלעים וגורמת ליצירת המאגמה.

ראו גם

• גאולוגיה - מונחים
• מאגמה
• לבה
• פטרולוגיה
• סלע
• סלע הצטברות
• סביבת היווצרות

לקריאה נוספת

• עקיבא פלכסר, גיאולוגיה, יסודות ותהליכים, אקדמון, 1992, מסת"ב 965-350-026-0
• עמנואל מזור, גיאולוגיה בפטיש ישראלי, האוניברסיטה הפתוחה, 1994, מסת"ב 965-06-0276-3
• Encyclopedia of Geology, Elsevier Academic Press, First edition 2005, ISBN 0-12-636380-3, כרך 3, עמ' 209–217
• Encyclopedia of Volcanoes,‏ ISBN 0-12-643140-X, Academic Press, עמ' 55–245

קישורים חיצוניים

• שלמה שובאל, צפונות כדור הארץ, האוניברסיטה הפתוחה (דורש הרשמה לאתר) ובגוגל ספרים
• ארז גרטי, כיצד נוצרים סלעים?, במדור "מאגר המדע" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 2 ספטמבר 2009
• סלע יסוד, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• סלעים וולקניים, דף שער בספרייה הלאומית