סלע יסוד

"אל קפיטן" – צוקגרניטיבפארק הלאומי יוסמיטי

טוףבהר הגעשהכבוי בכרם מהר "ל

סלע יסודהואסלעמאגמטי שנוצר מהתגבשות של סלע מותך –מאגמהאולבה– כתוצאה מהתקררותו. שמם העברינובע מהיותם של סלעים אלה תוצרים ראשוניים של תהליכים גאולוגיים,ושמם הלועזי– Igneous rocks – נובע מהמילה הלטיניתigneus, שמשמעותה:אש.

מקור המאגמה בהתכהשל סלעים, המתבצעת בשלוש דרכים:

• שחרור לחץבחלקה העמוק של המעטפת, בו נוצרת מאגמהבזלתיתהנפלטת ברכסים מרכז-אוקייניים,בנקודות חמותובגבקשתות איים.
• התכת שטף– שינוי בהרכב הכימישל הסלעים, בעיקר בשל תוספתמיםהמורידה אתנקודת ההתכה.תהליך זה מתקיים בעיקר באזורי הפחתה.
• התכה בעליית טמפרטורההגורם 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 המעטפתולתנאים השוררים בה, והצצה נוספת לתהליכים שהתרחשו בעבר באמצעותתיארוכםביחס לשכבותהסמוכות.

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 ממאגמהבמעטפת כדור הארץבתהליך איטי, ורק אחר-כך – כתוצאה מתהליכי הרמה ובליה– נחשף על-פני השטח. התקררותה האיטית של המאגמה מאפשרת צמיחתגבישיםגדולים.גרניטהנוצר בדרך זו מהווה תשתית ליבשותבדמותמסיביםושילדים.סלעים פלוטוניים מתגבשים גם בתוך הקרום כמחדרים פלוטונייםדוגמתדייקים,סילים,בתוליתולקולית.דוגמאות לסלעים פלוטוניים: גרניט,גברו,דיוריטוסיאניט.

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 –גאולוגיםרבים 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 מלבהשפרצה אל מחוץ לקרוםבמהלךהתפרצות געשיתמתוךהר געשאו מבעד לסדקים בקרום והתקררה במהירות, ועל כן הסלעים מורכבים מגבישיםקטנים מאוד ואףאמורפיים.בין הסלעים הגעשיים נמנים גםסלעים פירוקלסטייםדוגמתטוףואגלומרט,שנוצרו מהתגבשותטפרה– החומר שנפלט לאוויר מתוך הרי געש ונופל אחר-כך לקרקע. דוגמאות לסלעים געשיים:בזלת,ריוליט,סקוריה,פומיסואובסידיאן.

סלעים תת-געשיים

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

מיון

תרשים אינטראקטיבי של שורת בואן

מיון סלעי היסוד היה אחד ההיבטים המבלבלים ביותר של הגאולוגיהבתחילת 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 סימניבליהמבלבלים – שלא דמו לסימנים בסלעים אחרים מאותו סוג. מסיבה זו נחוץ היה לבנות מערכת קריטריונים שתאפשר בחינה ומיון של סלעי יסוד, הן בשטח – במחשופיםובדוגמאות יד– והן במעבדה.

בשנת 1902 הציעה קבוצה שלפטרוגרפיםאמריקאים 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 הציגנורמן לוי בואןאתשורת בואןהקרויה על שמו– תרשים המתארגיבוש מפריטשל 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 והלבותהבונות 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 באמצעותצבעם,מרקמם,הרכב המינרליםהיוצריםאותם 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 ובגודלגבישיהם:סלעים המכילים כמות גדולה שלפצלת השדהוקוורץנוטים להיות בהירים, ואילו סלעים המכילים כמות גדולה שלאוליבין,פירוקסןואמפיבולנוטים 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:גרניטהוא סלע בהיר בעל גבישים גדולים המכיל 70%–75% קוורץ וכן פצלת השדה,נציץומינרלים נלווים, ואילואובסידיאן– סלעאמורפיהמכיל הרכב מינרלים דומה נראה כזכוכיתשחורה.

מיון על-פי מרקם

גבישיםגדולים שלקורונדוםכחול בפגמטיטשגודלו 35x15 ס "מ תמונה

מרקם נקבובי בסקוריה

מיון זה נעשה על-פי גודל הגרגרים –גבישיהמינרלים 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".פגמטיטיםנוצרים בהתקררות של מהירה יחסית של מאגמה. תהליך יצירת הפגמטיט מתחיל לרוב כשמחדרכדייקאוסילחודרים לתוך סלע קר, ללא חשיפה בפני השטח. סלעים אלה מאפשרים גידול מואץ של גבישים על אף התקררות מהירה יחסית.
• מרקםפנריטי– ניתן לראות את הגבישים בסלע בעין בלתי מזוינת. מרקם זה נובע מהתקררות איטית של מאגמה מתחת לפני השטח.
• מרקםאפינטי– 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 געשיתאו מהתגבשות קרוב לפני השטח.
• מרקם פורפירי– מרקם המתאפיין בגבישים גדולים הנראים בבירור רב והקרויים לכןפֶנוקריסטים(מיוונית– "גבישים נראים" ) בתוךמסת אםשל 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 פורפירישלמסת האםבדיאבזעםפנוקריסטיםשלפלגיוקלז

• 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 שלאטומיםומולקולותבנוזל אחראית לזמינות המרכיבים הדרושים לבנייתגבישים.
• 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 הגאומטריתבסלע. מארג זה תלוי בצורת הגבישיםהמרכיבים אותו:

• אם מרבית הגבישים הםאֵיאוֹהֶדרָליים(Euhedral)– גבישים מפותחים היטב, הם יהיו קשורים היטב בפאותיהם ויצרו מרקם אחיד.
• אם מרבית הגבישים הםסבהדרלי(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 הםאַנהדרלי(Anhedral) אנהדרלי – גבישים שמישוריהם אינם מפותחים והם מעוותים, הם יהיו קשורים ביניהם בקשרים רופפים ויצרו מרקם הדומה לזה של קובייתסוכר.

מיון על-פי הרכב מינרלוגי

מינרלים יוצרי סלעחשובים בסלעי יסוד הםקוורץ,פצלת השדה,פלדשפטואידים,אוליבין,פירוקסן,אמפיבולונציץ.נוכחותם והיחסים הכמותיים ביניהם מהווה מרכיב חשוב במיון סלעי יסוד.

דיאגרמת QAPF

ערך מורחב –דיאגרמת QAPF

מערכת מדויקת יותר למיון מינרלוגי היאדיאגרמת 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.באמצעותתרשימיםאלה ניתן למיין ולהעניק שם לסלעים בעלי הרכב מינרלוגי ידוע. האותיות Q, A, P ו-F מייצגות בתרשים את המינרליםקוורץ,פצלת שדה אלקלית,פלגיוקלזופלדשפטואידיםבהתאמה, והתרשים בנוי באופן המייצג את האחוז היחסי של המינרל בסלע.

• 
  דיאגרמת QAPFלסלעים פלוטוניים
• 
  דיאגרמת QAPFלסלעים 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 כידקיטמכיל כמויות גדולות שלפלגיוקלז,כמויות קטנות שלקוורץ,סנידיןאואלקלי פלדספר,ביוטיטוהורנבלנדה– כפי שניתן לראות בדיאגרמת QAPFלסלעים 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

הרכבמינרליוכימישל סלעי יסוד

הרכבם הכימישל 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, במחשוףאו בדוגמת יד,ולכן מהווה המיון הכימי אמצעי אחרון הנקבע במעבדה.

מיון כימי פשוט מחלק את סלעי היסוד לפי סוגפצלת השדהונוכחות או היעדרקוורץופלדשפטואידיםבסלע, ובסלעים נעדרי מינרלים אלה – לפי סוג מינרלי הברזלאו המגנזיום.מאחר שנוכחות קוורץ ופלדשפטואידים בסלע אחד אינה יוצרת קשרים יציבים, סלעים ממוינים לסלעיםפלסייםמכילי-קוורץ עתירי-סיליקהולסלעיםמאפייםמכילי-פלדשפטואידים ודלי-סיליקה. המיון המינרלוגי של סלעי יסוד חשוב לקביעת סוג המאגמהאו הלבהשיצרה אותם. מאחר שחמצןוצורןהם היסודותהנפוצים ביותר בלבה, מוגדרים ההבדלים בהרכבן של לבותמסוגים שוניםעל-פי תכולת הסיליקהוהקוורץ היחסית בהן:

סוג המאגמה/לבה	תכולתסיליקה	תכולתקוורץ	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, דוגמתאוליביןאופלדשפטואידים.

מיון TAS

ערך מורחב –מיון TAS

מיון TASהוא שיטה כימית להבחנה ביןסלעים געשיים,המבוססת על היחסים בין המרכיבים האלקלייםלבין הסיליקהבסלע. השם TAS נובע מההגדרת השיטה:TotalAlkali versusSilica – סך כל האלקלים לעומת הסיליקה. שיטת מיון זו – שפורסמה בשנת 1986 – פשוטה לשימוש בסלעים שכבר עברו ניתוח כימי, וגאולוגיםנוטים להשתמש בה מאחר שהיא עקבית.

• 
  דיאגרמת TAS

מקור המאגמה – תהליכים מגמטיים

ערך מורחב –מאגמה

עקומות מוּצקיוּת ונוֹזליוּת שלהתכתסלעים

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

• היווצרות מאגמה מסלעיםמוצקים באמצעותהתכה
• 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 הלוחותבגבולות פתיחה– דוגמתרכסים מרכז אוקייניים,וגבולות סגירה– דוגמתאזורי הפחתה,אם כי ידועים גם תהליכים מגמטיים פנים-לוחיים – דוגמתנקודות חמותכזו 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 ההתכהשל 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, בעיקרמים,המתרחשת באזורי הפחתהובקשתות איים.באזורים אלה חודר גוש עתיק, קר וכבד שלליתוספירהאוקיינית, הנושא עליוסלעי משקעספוגים במים, אל המעטפת המצויה מתחת ללוח אחר. נוכחות המים מורידה אתנקודת ההתכהשל 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 "ב965-350-026-0
• עמנואל מזור,גיאולוגיה בפטיש ישראלי,האוניברסיטה הפתוחה,1994, מסת "ב965-06-0276-3
• Encyclopedia of Geology,Elsevier Academic Press, First edition 2005, ISBN0-12-636380-3,כרך 3, עמ' 209–217
• Encyclopedia of Volcanoes,‏ ISBN0-12-643140-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 שלמכון דוידסון לחינוך מדעי,2 ספטמבר 2009
• סלע יסוד,באתראנציקלופדיה בריטניקה(באנגלית)
• סלעים וולקניים,דף שער בספרייה הלאומית