הקדמה:
הגיאולוגיה הדינמית מסבירה את מחזורי היציבות והמשבר האקלימיים כתוצר של פעולת גומלין בין הקליטה והפליטה של אנרגיית השמש על ידי כדור הארץ. איזון זה תלוי בחומר שבו פוגעת הקרינה. משטח מים קולט את רוב הקרינה הפוגעת בו; משטח יבשתי קולט פחות ומחזיר יותר; ואילו משטח קרח פולט עד 75% מקרינת החום. היווצרות קרחונים מפחיתה אפוא את כמות המים שבאוקיינוסים וגורמת לירידת מפלס הים, וכתוצאה מכך גדלים השטחים היבשתים והאקלים מתקרר.
מהקשר בין אקלים קר והצטברות קרחונים לבין ירידת מפלס המים ניתן להסיק שהתקררויות אקלימיות חוזרות ונשנות הן שעומדות ביסוד ההכחדות התקופתיות של משפחות בעלי חיים.
הנתונים הגיאולוגיים על האקלים הקדום מצביעים על כך שפרקי זמן ממושכים היה האקלים על פני כדור הארץ יציב, אולם מפעם לפעם היה משבר פוקד את המערכת האקלימית, והאקלים הגלובלי היה מתקרר מאוד. הגיאולוגיה הדינמית מסבירה מערכת זו של מחזורי יציבות ומשבר לסירוגין, כתוצר של תלות בין יעילות קרינת השמש הפוגעת בכדור הארץ מחד, לבין המיקום הגיאוגרפי של היבשות והאוקיינוסים מאידך. מאחר שהיבשות והאוקיינוסים משנים את מיקומם הגיאוגרפי ללא הרף, משתנה כל הזמן גם המערכת האקלימית. מערכת יחסים מורכבת ודינמית זו של שינויים גיאוגרפיים גלובליים נרמה לכך שבתקופות אחדות לא היתה יציבות המערכת האקלימית איתנה, ואז גרם שינוי לא גדול ביעילות של קליטת קרינת השמש למשבר אקולוגי ולהכחדה של אוכלוסיות שלמות. לעומת זאת, היו תקופות בהן התפתחה יציבות אקלימית ניכרת, ואז התקזזו הפרעות ושינויים במערכת וחזרו למצב של שיווי משקל, ללא גרימת נזק רב לאוכלוסיות כדור הארץ.
לעומת מחזורים אלה של יציבות ומשבר, הצטיינו הרכב האטמוספירה ומי הים בהעדר שינויים משמעותיים ב-1,500 מיליון השנים האחרונות. ההיסטוריה הגיאולוגית של כדור הארץ מסייעת אם כן לפענח את הסיבות למחזורים של יציבות אקלימית יחסית, שהסתיימו בהתקררות אקלימית ובהכחדה ביולוגית.
שיחזור האקלים בתקופות הגיאולוגיות
האקלים הוא ממוצע התנאים האטמוספיריים הקבועים השוררים באזור מסוים. להבדיל ממזג האוויר, שהוא סך כל התנאים האטמוספיריים המשתנים – המתקיימים במקום מסוים ובזמן קצר ומוגדר, האקלים נמדד בתקופות הנמשכות חודשים ושנים. הגורם המכריע בעיצוב האקלים הוא כמות קרינת השמש המגיעה לכדור הארץ. כוכב הלכת שלנו נמצא במרחק של 150 מיליון ק״מ מהשמש1 . הקרינה האלקטרומגנטית הסולארית, החוצה את המרחק הזה ב-8 דקות, נושאת עימה אנרגיה המאפשרת למים לזרום ולחיים להתקיים ברווחה ברוב חלקי כדור הארץ. הקרינה הזאת מביאה אור וחום בשיעור המתאים בדיוק לקיומם של החיים עלי אדמות, בעוד שיעורי הקרינה המגיעים אל כוכבי הלכת הסמוכים לנו גורמים אקלים לוהט על נוגה וכפור על מאדים.
התפלגות קרינת השמש על פני כדור הארץ היא בראש ובראשונה תוצאה של היחסים הגיאומטריים בין הארץ והשמש. עוצמת הקרינה פוחתת מקו המשווה אל הקטבים ביחס ישר לקוסינוס מעלת הרוחב הגיאוגרפי, כך שבאזור המשווני כמות הקרינה מירבית ואילו בקטבים היא קטנה מאוד. זאת ועוד, עוצמת קרינת השמש המגיעה אל כדור הארץ במשך השנה איננה קבועה, מאחר שמסלול הארץ סביב השמש הוא אליפטי. לפיכך, הארץ נמצאת במרחק הקצר ביותר מהשמש ב-3 ביולי, במרחק הארוך ביותר ב־2 בינואר, וההבדל בשיעור הקרינה האפקטיבית בין שני תאריכים אלה הוא 7%. שינויים נוספים ביעילות הקרינה המגיעה אל פני כדור הארץ כרוכים במעבר הקרינה באטמוספירה, מאחר שאבק, לחות ועננות בולעים חלק מהקרינה העוברת דרכם. כמות הקרינה הממוצעת המגיעה אל פני כדור הארץ היא רק 47% מזו שמגיעה אל האטמוספירה החיצונית.
קרינת השמש פוגעת בכדור הארץ ומעוררת אותו מבחינה אנרגטית, ובתגובה פול32טים פניו קרינת חום, וזו נקלטת בחלקה על ידי האטמוספירה. התפלגות זו של קליטת החום יצרה מערכת רוחות יציבה באטמוספירה העליונה והתחתונה, המעבירה חום לכיוון הקטבים. האיזון בין הקליטה והפליטה של אנרגיית השמש תלוי בחומר שבו פגעה הקרינה. משטח מים קולט את רוב הקרינה הפוגעת בו ופולט רק 2% עד 10% ממנה, שיעור הקליטה הממוצע של משטח יבשתי הוא 60% -80%, ואילו שיעור קליטת הקרינה של משטח קרח מגיע ל-25% בלבד. זאת ועוד, תהליכי זרימה ועירבוב המתקיימים במים משפרים את יעילות קליטת החום, דבר שמאפשר לים לאגור כמויות חום גדולות בשעות הקרינה החזקה ולשחרר חום אל סביבתו עם היחלשותה. השפעתו הממזגת של הים על היבשה הסמוכה לו ניכרת הן בפרקי זמן של יום ולילה והן במשכי זמן של עונות השנה. החום הרב שנאגר בים, והרוחות היציבות באזורי האוקיינוסים, תורמים ליצירת זרמים משווניים, המעבירים את התום אל אזורי הקטבים. אך כשם שישנה זרימה מתמדת של חום מהאזור המשווני אל הקטבים, כך ישנה זרימה של קור מהקטבים אל האזור המשווני. זרמי ים מהאזור המשווני ממתנים את האקלים באזורים הקרובים לקטבים, ואילו הזרמים הימיים הקרים מהקטבים משפיעים על סביבותיהם (איור 1).
ההשפעה האקלימית של זרמי הים החמים על היבשות שבסביבתם היא משמעותית ביותר. לדוגמה, לונדון ומוסקבה מצויות על קו רוחב דומה, וטמפרטורת הקיץ הממוצעת בשתי הערים היא 18°C, אולם בחורף הטמפרטורה החודשית הממוצעת בלונדון היא 5°C, ובמוסקבה 11°C -. להבדל אקלימי זה שתי סיבות: האחת, לונדון נהנית מהשפעתו הממזגת של הים שבקירבתה, והשנייה – במזרח האוקיינוס האטלנטי הצפוני עובר זרם הגולף (Gulf Stream), זרם אוקייני חם המעלה את טמפרטורת המים וממזג את האקלים בצפון מערב אירופה. לעומת זאת, הלברדור הוא זרם אוקייני קר, העובר לאורך חופה המזרחי של צפון אמריקה, ותרומתו להתפתחות אקלים חורפי קשה בצפון מזרח ארה״ב היא משמעותית. זרם הלברדור אחראי במידה רבה לחורף הקר והמושלג בניו יורק, השוכנת במעלת רוחב 14°N, למרות שניצה שבדרום צרפת, השוכנת במעלת רוחב 42°N, מקבלת כמות דומה של קרינת שמש. מאחר שהיבשות והאוקיינוסים שינו את מיקומם ללא הרף במשך העידנים הגיאולוגיים2 , ניתן לומר בהכללה, כי תקופה שהתאפיינה בשטחי ים נרחבים ובזרימה ימית בלתי מופרעת באזור המשווני – שהביאו להיווצרות זרמים חמים וחזקים -הצטיינה באקלים חם ונוח יותר. לעומת זאת, כאשר שטחים יבשתיים איכלסו את האזור המשווני, וזרמי ים מפותחים התקיימו סביב אזורי הקטבים, שרר אקלים קר במשך תקופה מסוימת. הואיל ושיעור קליטת החום מקרינת השמש על ידי המים גדול יותר משיעור קליטת החום על ידי היבשה, לא כל שכן על ידי הקרח, הפחית הגידול בשטח אזורי הקרח את השפעתה של קרינת השמש על האקלים. ולהיפך, העלייה במפלס פני הים הגדילה את שטח המים על פני כדור הארץ, ולכן גם הגבירה את היעילות האקלימית של הקרינה. במלים אחרות, מאחר שהמים המשמשים ליצירת שטחי קרח מקורם במי האוקיינוסים, היווצרות קרחונים מפחיתה את כמות המים שבאוקיינוסים וגורמת לירידת מפלס הים. זו, בתורה, מפחיתה את יעילות הקליטה של קרינת השמש, גורמת להתקררות נוספת, מביאה לגידול בכמות הקרחונים וחוזר חלילה. לכן, כאשר התהפך הגלגל והתרחשה התחממות אקלימית, גרמו הפשרת הקרחונים והעלייה במפלס הים לתהליך חוזר ונשנה של שיפור אקלימי.
הארץ נמצאת במרחק הקצר ביותר מהשמש ב־3 ביולי ובמרחק הארוך ביותר ב־2 בינואר.
עידנים גיאולוגיים ושינויים אקלימיים
גיל הסלעים הקדומים ביותר המוכרים לנו הוא 4,600 מיליון שנה. מאחר שכדור הארץ התגבש מאבק קוסמי לוהט, ניתן להניח כי עבר פרק זמן מסוים עד שנוצר הקרום הסלעי. עם התקררותו הראשונית של כדור הארץ הצעיר נוצרו בו קליפות אחדות, בהתאם לצפיפויות החומר, ומרכיבים שונים הצטברו באורח קונצנטרי בקרום, במעטפת ובגלעין (איור 2). בקרום ובמעטפת כדור הארץ התרכזו חומרים סלעיים שעיקרם תחמוצות צורן, ובגלעין הצטברו כנראה ברזל ומתכות אח33רות. הסלע המותך שנמצא בבסיס הקרום המוצק עולה מדי פעם אל פני השטח בהתפרצויות וולקניות. רוב הלבה שפרצה מהרי הגעש בתקופה הארכאית של כדור הארץ הפכה לסלע בזלתי, אולם ההתפרצויות הגעשיות פלטו גם כמויות לא מבוטלות של גזים, ומהם נבנתה האטמוספירה הקדומה של כדור הארץ. באטמוספירה הזאת לא היה חמצן חופשי, והיא היתה מורכבת מדו תחמוצת הפחמן (C02), אדי מים, חנקן ומימן גופריתי (H2S).
הנתונים המעידים על הטמפרטורות ששררו על פני כדור הארץ לפני 4,000 מיליון שנה אינם רבים, אולם שיחזור הטמפרטורות של קרקעית הים הרדוד מצביע על תחום של 65°C – 25°C בקירוב (אגב, בלגונות שבאזורים הטרופיים, הטמפרטורות מגיעות לערכים דומים). מאחר שאטמוספירה עשירה בדו תחמוצת הפחמן פולטת פחות חום אל החלל החיצון מאשר אטמוספירה חמצנית, סביר היה לצפות לטמפרטורות חמות יותר על פני כדור הארץ הקדום. הגיאולוג האוסטרלי לורנס פרייקס (Frakes) הסביר את מתינותו היחסית של האקלים הקדום בשני גורמים אטמוספיריים מנוגדים. מצד אחד, כמות דו תחמוצת הפחמן באטמוספירה הצעירה34 של כדור הארץ יצרה אפקט של חממה והעלתה את הטמפרטורה של פני כדור הארץ. מצד שני, ענני האבק ואדי המים שיצרו ההתפרצויות הוולקניות הפחיתו את שיעור קרינת השמש שפגעה בפני כדור הארץ. לכן יש מקום להניח, כי תנאי האקלים הבראשיתיים לפני 4,000 מיליון שנה איפשרו התעבות אדי המים מהאטמוספירה והצטברות המים במקומות הנמוכים.
משברים אקלימיים ומהפכים ביולוגיים
הרכבה הכימי של אטמוספירת כדור הארץ יציב מאוד, ונראה כי לא חלו בה שינויים משמעותיים ב-1,500 מיליון השנים האחרונות, אולם שיחזור האטמוספירה הקדומה יותר מצביע על כך שהיא הכילה כמויות גדולות של דו תחמוצת הפחמן ושל מימן גופריתי. בתנאים מחזרים אלה נוצרו תאי החיים הראשונים על פני כדור הארץ. העדויות הראשונות לכך נמצאו באוסטרליה, במצבורים מאובנים של אצות חד תאיות, הידועים בשם סטרומטוליטים (stromatolites), שגילם מגיע ל-3,800 מיליון שנה. במשך 1,500 מיליון שנה כללו החיים על פני כדור הארץ אצות בלבד, שהשתמשו לצורכיהן בדו תחמוצת הפחמן ופלטו לאטמוספירה חמצן3 . לפיכך יש מקום להניח, כי הרכב האטמוספירה בתקופה שלפני 3,800 – 2,300 מיליון שנה לא שמר על יציבותו, והוא הלך והתעשר בחמצן על חשבון דו תחמוצת הפחמן.
לפני 2,300 מיליון שנה חל מהפך באוכלוסיית כדור הארץ. באותה עת התחולל משבר אקלימי רב היקף, תקופת קרח, שאותותיו רשומים בסלעים בצפון אמריקה, אפריקה הדרומית ואוסטרליה. בסלעים אלה נמצאו גם שרידיהם הראשונים של בעלי חיים חד תאיים, לצד האצות שקדמו להם. הקשר הנסיבתי בין השינוי באוכלוסייה והשינוי באקלים מעורר עניין. יש להניח כי התקררות האקלים והירידה בקרינת השמש האפקטיבית הפחיתו את יעילות ההטמעה הפוטוסינתטית של האצות ופתחו את הדרך להצלחתם של חד תאים מסוג חדש. קשר נסיבתי זה בין הופעת בעלי החיים הראשונים לבין תקופת הקרח הראשונה המוכרת לנו, מצביע על תלות אפשרית בין שינויים אקלימיים לבין חילופים בהרכב האוכלוסייה של כדור הארץ. זאת ועוד, סביר להניח כי הופעת בעלי חיים הנושמים חמצן ופולטים דו תחמוצת הפחמן גרמה לתהליך הפוך בהרכב הגזים באטמוספירה מזה שיצרו האצות: ירידה בכמות החמצן ועלייה בכמות דו תחמוצת הפחמן. האיזון בין שני הגזים האלה הושג לפני 1,500 מיליון שנה.
לפני 100 מיליון שנה היה האקלים כה חם עד שאפילו בקטבים לא היו קרחונים.
בהיסטוריה הגיאולוגית של כדור הארץ מרובות העדויות לאירועים סביבתיים הרסניים, שהשפיעו השפעה עצומה על קיומם ועל התפתחותם של בעלי חיים וצמחים על פני כדור הארץ. המחקר הגיאולוגי מראה בבירור, כי אוכלוסיות בעלי החיים והצמחים עברו תקופות חוזרות ונשנות של הכחדה בהיקף לא אחיד. רוב ההכחדות היו בעלות אופי סביבתי מקומי או אזורי, ופגעו במספר סוגים, אולם קרו גם הכחדות המוניות. חלוקת ההיסטוריה הגיאולוגית לעידנים ולתקופות נקבעה לפי שינויים במאספי המאובנים שנמצאו בסלע. קביעת המעבר מתקופה לתקופה הסתמכה על השינויים שחלו באוכלוסיות המאובנים בין שתי שכבות סלע סמוכות. שיחזור מפלסי הים בעבר, שבוצעו על ידי הגיאולוג האמריקני פיטר וייל ועמיתיו, הראו כי כל תקופה גיאולוגית מסתיימת בירידת מפלס הים (איור 3). מן הקשר בין אקלים קר והצטברות קרחונים לבין ירידת מפלס הים (ראה לעיל) ניתן להסיק, שהתקררויות אקלימיות חוזרות ונשנות הן שגרמו להכחדת מינים ומשפחות של בעלי חיים וצמחים. עם חלוף המשבר הסביבתי ועם השתפרות האקלים התחילו להתפתח ולשגשג מינים חדשים של בעלי חיים וצמחים, ותפסו את האתרים הסביבתיים שהתפנו מיושביהם הקודמים. ההיסטוריה הגיאולוגית35 היא אפוא סדרה של התקררויות אקלימיות חוזרות ונשנות (קצב המחזור האקלימי איננו קבוע). עקומת השינויים במפלס הים מראה תקופות רצופות של מיליוני שנים של אקלים חם ונוח, כמו התקופה שבין 120 ו-80 מיליון שנה לפני זמננו. לעומת זאת, שני מיליון השנים האחרונות מצטיינות בשינויים חריפים ועזים באקלים, שבמהלכה תקופת קרח רודפת תקופה חמה בקצב הנמדד בעשרות אלפי שנים בלבד.
לעומת השינויים המשמעותיים במערכת האקלימית, לא השתנה יחס הגזים המרכיבים את האטמוספירה, השומרת על יציבות מרשימה. ניתן להניח כי העלייה הדרמטית בשיעור החמצן, שחלה כנראה לפני 2,300 מיליון שנה, לא חזרה על עצמה. פירוש הדבר שבמשך 1,500 מיליון השנים האחרונות, החי והצומח קיימו מערכת ויסות הדדית: כל עלייה בפליטת חמצן על ידי צמחים אוזנה על ידי גידול באוכלוסיית בעלי החיים הצורכים חמצן. ולהיפך – כאשר עלתה כמות ה-CO2, חל בעקבותיה גידול מהיר בכמות האצות והצמחים שצרכו עודפים אלה וייצרו כמויות משלימות של חמצן. מאספי המאובנים שהצטברו בסלע מעידים, כי ההיסטוריה הגיאולוגית בנויה מתקופות קצרות של הידרדרות אקלימית הרסנית, שקטעו תקופות יציבות המאופיינות בתהליכים של איזון וקיזוז. העדויות המאובנות לקיומם של בעלי החיים בתקופה שלפני 2,300 עד 570 מיליון שנה אינן רבות, ושיחזור מערכות החי והצומח, הים והאקלים בתקופה ארוכה זו קשה ומסובך. הסיבה העיקרית היא שבתקופה שלפני יותר מ-570 מיליון שנה, בעלי החיים לא היו מצוידים בקונכייה או בשלד חיצוני, אלא היו בנויים מרקמות רכות בלבד, אשר בדרך כלל אינן מתאבנות ומשתמרות.
לעומת המידע הדל על החיים לפני תקופת הקאמבריון, יש מידע רב על התקופה שבאה אחריה. במהלך תקופה זו קרו שני אירועים שבהם נכחדו רוב משפחות בעלי החיים שהתקיימו על פני כדור הארץ. האחד התרחש לפני 245 מיליון שנה והכחיד 75% מכלל המשפחות של בעלי החיים שחיו בעידן הקדום, והשני לפני 65 מיליון שנה. הכחדות המוניות אלה הביאו את הגיאולוגים לחלק את ההיסטוריה של כדור הארץ לעידנים הבאים:
* העידן שאנו חיים בו, עידן החיים החדשים (Cenozoic), שהחל לפני 65 מיליון שנה, ואשר אחת מקבוצות בעלי החיים המעניינות בו היא היונקים.
* העידן התיכון, או עידן החיים התיכוניים (Mesozoic), התחיל לפני 245 מיליון שנה וקבוצת בעלי החיים המפורסמת בו היא זו של הזוחלים הגדולים. הזוחלים היו קיימים עוד בעידן הקדום, והם עברו את המשבר הסביבתי של סוף העידן הזה בהצלחה. לאחר מכן הם תפסו את האזורים שהתרוקנו מיושביהם, והחלו פרק של פריחה ושיגשוג שנמשך כ-180 מיליון שנה. העידן התיכון, ובעיקר חלקו המאוחר, הצטיין באקלים נוח מאין כמוהו בכל אזורי כדור הארץ. האקלים הזה נבע מקיומו של אוקיינוס משווני גדול שהתפתחו בו זרמים חמים נמרצים מאוד (איור 4). לפני 100 מיליון שנה היה האקלים כה חם, עד שאפילו בקטבים לא היו קרחונים.
* העידן הקדום, או עידן החיים הקדומים (Paleozoic), התחיל לפני 570 מיליון שנה, וקבוצת בעלי החיים החשובה בו היתה רכיכות בעלות קונכייה או שלד חיצוני. בעידן זה החלו להופיע בעלי החוליות, החרקים הראשונים, צמחי היבשה ואפילו הכרישים הראשונים.
* העידן הארכאי הסתיים לפני 570 מיליון שנה.
מקובל להניח, כי ההכחדות המאסיביות של סופי העידנים הקדום והתיכון כרוכות בתקופות של אקלים קר, וישנן עדויות לכך שגם העידן הארכאי הסתיים בתקופת קרח ממושכת וקשה. כאן המקום לדון בפירוט מסוים בשני אירועים, האחד מלפני 65 מיליון שנה והשני התרחש במשך שני מיליון השנים האחרונות. שני האירועים נבעו מהידרדרות אקלימית חריפה, אולם בעוד תוצאות האירוע הראשון היו הרסניות, לא נפגעו רוב אוכלוסיות החיים מהאירוע השני, שהיה קשור בתקופות הקרח. ניתוח שני האירועים האלה יוכל להבהיר את משמעות היציבות האקלימית והתערערותה בהיבטים של הגיאולוגיה הדינמית.
תום העידן התיכון – קץ כל חי?
רוב החוקרים קושרים את ההכחדה הביולוגית שאירעה לפני 65 מיליון שנה במשבר אקלימי ובהתקררות פתאומית של מי הים, אולם חלוקים בדעותיהם בדבר הסיבות לשינוי הסביבתי הזה. גיאולוגים רבים סבורים כי הגורם להכחדת בעלי החיים היה אסטרואיד גדול שפגע בכדור הארץ. לתיאוריה זו נמצאו עדויות מסייעות משמעותיות בתחום הגיאוכימיה. בדיקת הרכבם הכימי של אסט36רואידים רבים שנמצאו על פני כדור הארץ הראתה תכולה יחסית גבוהה מאוד של אירידיום (iridium), מתכת אצילה ונדירה מקבוצת הפלטינה. אנליזות גיאוכימיות של פצלים בני 65 מיליון שנה הראו אף הן כמויות חריגות של אירידיום, המגיעות עד לפי 400 מהכמויות הממוצעות המצויות בסלעי כדור הארץ. לדעת הגיאולוג האמריקני וולטר אלוורז (Alwarez) ואביו, הפיסיקאי הנודע לואיס אלוורז, המקור לאנומליות של האירידיום היה אסטרואיד ענק (בקוטר של 10 ק״מ ויותר), שפגע בכדור הארץ והתרסק. הפגיעה העלתה ענן אבק סמיך שהכהה את עין השמש, הפחית את הקרינה הסולארית האפקטיבית והוריד את טמפרטורות פני הים מתחת לסף המאפשר לפלנקטון לחיות. הכחדת הפלנקטון פגעה בבסיס המזון של בעלי חיים רבים, ואוכלוסיות שלמות נכחדו. על סמך ניתוחם של וולטר ולואיס אלוורז בנו הגיאולוגים האמריקנים דיוויד ראופ וג׳ון ספקוסקי (Sepkosky) מודל מעניין, הרואה באירוע זה פרט בסדרה מחזורית של הכחדות ביולוגיות הפוקדות את כדור הארץ כל 26 מיליון שנה. כלומר הם סבורים כי הסיבה להכחדות החוזרות ונשנות של אוכלוסיות היצורים בהיסטוריה של כדור הארץ (איור 5) קשורה בהשפעת כוח הכבידה של כוכב בלתי ידוע על האסטרואידים הנעים במערכת השמש.
הכחדת בעלי החיים לפני 65 מיליון שנה נבעה כנראה לא רק מהמהפך המהיר באקלים.
הממצאים החלקיים מקשים על חוקרים לא מעטים לראות באסטרואידים גורם קבוע בהכחדות החוזרות ונשנות של החיים בכדור הארץ. הם מעדיפים לקשור את ההכחדה שאירעה לפני 65 מיליון שנה עם התפרצויות וולקניות גדולות ממדים. על פי הסברם, לקראת סוף תקופת הקרטיקון (לפני 80 מיליון שנה) התחיל האוקיינוס המשווני הקדום, הטתיס, להיסגר, ומספר יבשות מצפון ומדרום החלו להתקרב זו לזו. הקצה המזרחי של הלוח האסיאני זז דרומה אל האזור הטרופי, הודו התקרבה אל מרכז הגוש של איראסיה, והלוח האפריקני החל להתנגש עם יבשת אירופה. באותה תקופה החלה אוסטרליה להיפרד מיבשת אנטארקטיקה (איור 6). הצטמצמות הטתיס הפחיתה את עוצמת הזרמים המשווניים, ועקב כך טמפרטורת פני הים התחילה לרדת והאקלים נעשה בלתי יציב.
לפני 65 מיליון שנה החלה פעילות וולקנית נמרצת באזור שנמצא אז מדרום לאיי סיישל, פעילות שהיתה כרוכה בשינוי כיוון ההתקדמות של הרכס המרכז אוקייני באוקיינוס ההודי. עדויות להתפרצויות וולקניות רחבות ממדים הן האזורים הבזלתיים העצומים בים וביבשה, שבנו את הרמות התת ימיות של מאסקרן (Mascarene), צ׳גוס (Chagos) ולאקדיב (Laccadive), ואת חבל דקאן (Deccan Traps) בהודו (איור 7). ההתפרצויות הוולקניות הרבות גרמו להצטברות כמויות אפר גדולות באטמוספירה העליונה (איור 8), והאפר התפזר ברחבי כדור הארץ על ידי מערכת הרוחות הגלובלית. מאחר שההתפרצויות קרו באזור המשווני, הפחית האפר את כמות קרינת השמש, ואז – מכיוון שבתקופה זו מערכת הזרמים האוקייניים הלכה והצטמצמה – החל מעגל קסמים מהיר והרסני: האפר הוולקני גרם להפחתת קרינת השמש האפקטיבית באזורים הטרופיים, הפחתת הקרינה הביאה להתקררות מי האוקיינוסים, וההתקררות הביאה להצטברות קרח בקטבים ולירידת מפלס הים. בעקבות התהליכים האלה צימצמה ירידת מפלס האוקיינוסים את שטחי הימים הרדודים, הפחיתה את כמות החום הנאגרת במי הים, גרמה להתקררות נוספת של מי האוקיינוס ולגידול נוסף של כיפות הקרח בקטבים וחוזר חלילה, עד שהושג איזון סביבתי חדש. ירידת הטמפרטורות והפחתת הקרינה גם יחד הן שגרמו כנראה להכחדה של אוכלוסיות נרחבות של בעלי חיים וצמחים בסוף הקרטיקון.
הממדים הנרחבים של הכחדת בעלי החיים לפני 65 מיליון שנה נבעו כנראה לא רק מהמהפך המהיר באקלים, אלא גם מכך שיותר מ-40 מיליון שנה שקדמו לאירוע שרר אקלים אחיד, חם ונוח על פני רוב אזורי כדור הארץ. ייתכן כי במשך תקופה ארוכה זו סיגלו להם בעלי חיים37 רבים התמחות גבוהה בהשגת מזונם, ועם בוא המשבר הסביבתי התקשתה רוב האוכלוסייה להתמודד עם התנאים האקולוגיים החדשים, והיצורים נכחדו בהמוניהם. אשר לאנומליות של האירידיום, שלה מייחסים תומכי התזה האסטרואידית משמעות כה רבה, נמצא כי גם אפר וולקני עשוי להכיל כמויות חריגות של אירידיום. זאת ועוד, עדויות גיאוכימיות ופליאונטולוגיות שפורסמו לאחרונה מצביעות על סבירות גבוהה לכך שהאירידיום הצטבר במשך מאות אלפי שנה בלבד, וכי תהליכי ההכחדה של בעלי החיים החלו באורח הדרגתי כבר כמיליון שנה לפני הצטברות האירידיום. אילו נגרמה ההכחדה של סוף העידן התיכון מפגיעת אסטרואיד, היה האירידיום מצטבר תוך שנים מעטות בלבד, והיתה חפיפה בין תחילת הצטברות האירידיום ותחילת תהליכי ההכחדה.
עם סיום הפעילות הוולקנית הנמרצת במרכז האוקיינוס ההודי ובסביבותיו, חזרה ועלתה כמות הקרינה הסולארית היעילה, והחלה תקופה קצרה של התחממות אקלימית שלוותה בעליית מפלס האוקיינוסים בתחילת העידן החדש (איור 3). שיפור זה איפשר ליצורים שעברו את המשבר הסביבתי החמור למלא בהצלחה את האזורים שננטשו על ידי קורבנות ההכחדה.
הקרחונים בתקופת הרביעון
שינויים אקלימיים גלובליים אינם מוגבלים לתקופות גיאולוגיות קדומות מאוד, והם אינם תהליכים שנמשכים בהכרח מיליוני שנים. דווקא התקופה האחרונה בהיסטוריה הגיאולוגית (תקופת הרביעון), שהחלה לפני כשני מיליון שנה בלבד, מצטיינת בשינויי אקלים חריפים ותכופים של חום וקור לסירוגין (איור 3). חילופים תכופים אלה קשורים כנראה בהחלשה של מערכת הזרמים האוקייניים המשווניים (שהתרחשה בעקבות בניית רצף יבשתי במרכז אמריקה) וניתוק הקשר הימי בין האוקיינוסים השקט והאטלנטי, שהסתיים לפני כשני מיליון שנה. לפיכך קיים בתקופת הרביעון איזון עדין בין השפעתו האקלימית הקשה של הזרם הסביב אנטארקטי הקר מאוד, לבין השפעתם הממתנת של הזרמים המשווניים החמים באוקיינוסים השקט, האטלנטי וההודי. בתנאי האיזון העדין הזה, גרמו שינויים מחזוריים במסלול כדור הארץ סביב השמש, הכרוכים בשינויים לא גדולים בשיעור הקרינה המגיעה אל הארץ, לחילופי אקלים קיצוניים ותכופים דווקא כתקופת הרביעון. בפרקי הזמן של האקלים החם התמוססו קרחוני הקטבים בחלקם, הקרחונים היבשתיים באזורי ההרים הגבוהים נסוגו, ופני הים עלו בתהליך סיבובי שהתקיים עד שחלה ירידה בשיעור קרינת השמש. ואילו בפרקי הזמן הקרים כיסו הקרחונים שטחים הולכים וגדלים, פני הים ירדו, וגם התהליך הזה חזר על עצמו שוב ושוב עד לעלייה בשיעור קרינת השמש.
תקופת הקרח האחרונה התחילה לפני 60,000 שנה, הגיעה לשיאה לפני 22,000 שנה והסתיימה לפני 18,000 שנה. בתקופה זו התפשטו קרחוני הקוטב הצפוני דרומה וכיסו את מרכז אירופה, מרכז אסיה וחלקים נרחבים מצפון אמריקה. התפשטות הקרחונים הפחיתה את כמות מי הים, ומפלסם ירד ב-120 מטרים. רוב מדפי היבשת, המצויים כיום מתחת למפלס הים, היו לפני 20,000 שנה בלבד שפלות חוף נרחבות וחשופות. מצרי ברינג, המפרידים בין אסיה ואמריקה הצפונית, וכמוהם גם חלקים נרחבים מהים הצפוני, היו יבשה מכוסה בקרח וניתן היה לעבור ברגל מאירופה לאיים הבריטיים ומאסיה לאמריקה (איור 9). האקלים הקר והקשה ששרר באזורי האקלים הממוזג הנוכחיים38 עומד בניגוד מרשים לאקלים הגשום והפורה ששרר אז במדבר סהרה, שם נמצאו עדויות לקיומה של צמחייה מפותחת. בתום תקופת הקרח האחרונה לפני 18,000 שנה החלה התחממות שהביאה להמסה מהירה של הקרחונים; פני הים עלו ב-90 מטרים במשך 8,000 שנה, ועליית מפלס הים ב-30 מטרים נוספים הסתיימה 6,000 שנה לפני זמננו. אין עדויות לשינויים ביחסי הרכיבים הגזיים של האטמוספירה ומי הים, בד בבד עם השינויים האקלימיים החריפים שהתרחשו בתקופת הרביעון. מעניין לציין כי למרות שינויי האקלים הקיצוניים בשני מיליון השנים האחרונות, אין תקופת הרביעון מהווה פרק זמן של הכחדה המונית. אמנם הממותות ומספר מינים אחרים של בעלי חיים נכחדו עם תום תקופת הקרח האחרונה, אבל 95% מכלל סוגי בעלי החיים שחיו בתקופת הרביעון חיים בהווה. אין בידינו הסבר בדוק לכך, ואפשר רק להניח כי הירידה הממושכת באיכות האקלים, המתבטאת בירידת מפלס הים הנמשכת 50 מיליון שנה (איור 3), הביאה בהדרגה להישרדותם של מינים סתגלניים, שהיו מסוגלים להתמודד עם האקלים המתקרר ותהפוכותיו.
רוב מדפי היבשת שמתחת למפלס הים היו לפני 20,000 שנה בלבד שפלות חוף נרחבות וחשופות.
לא רק להט האיסלם הביא לפריצת הערבים מחצי האי ערב אל אזור הים התיכון הפורה והגשום.
הארכיאולוגים גורסים כי העלייה המהירה במפלס פני הים שינתה את אורחות חייו של האדם ששכן בשפלות החוף הנרחבות והפוריות לפני 20,000 שנה, מאחר שהשפלות האלה הוצפו והצטמצמו. הארכיאולוג אברהם רונן סבור למשל, כי ההצפה המהירה של שטחי המחיה בשפלת החוף של ארץ ישראל בתקופה ההיא היוותה תמריץ חשוב ביותר למעבר מתרבות של ציד ולקט לתרבות חקלאית, ולתחילת הביות של הכלב וחיות משק הבית האחרות. זאת ועוד, התייצבות הים במפלסו הנוכחי לפני 6,000 שנה לא היתה מוחלטת, ותנודות של מטר או שניים בעקבות שינוי אקלימי לא גדול חזרו והתרחשו במשך התקופות ההיסטוריות. נמלים קדומים הם אתרים מועדפים לקביעת מפלסי ים היסטוריים, ואכן מעדויות על עליית מפלס הים בנמל קיסריה, שאספו הארכיאולוגים אבנר רבן ועמיתיו, ניתן להסיק כי בסוף התקופה הביזאנטית, במאות השישית והשביעית לסה״נ, היה האקלים חם מזה של היום. לאור עדויות אלה ואחרות על ההתחממות האקלימית בפרק הזמן שחפף את ניצחונות הערבים וצימצום האימפריה הביזנטית, סבור הגיאולוג אדיה איסר כי לא רק הלהט הדתי של האיסלם הביא לפריצת הערבים מחצי האי ערב אל אזור חים התיכון הפורה והגשום. תרמו לכיבושיהם של החליפים הראשונים גם השינויים באקלים במקומותיהם, שנעשה חם ויבש, ודחף אותם לחפש אזורי מחיה חדשים. הגיאולוגיה הדינמית של האקלים על פני כדור הארץ מתאפיינת ביציבות מרשימה בשיעור קרינת השמש, שאיפשרה קיומם של מים זורמים ברוב האזורים הגיאוגרפיים, פרט לאזורי הקרחונים. לאחר שהתבססו אוכלוסיות הצומח והחי על פני כדור הארץ, לפני 1,500 מיליון שנה, התקיימה יציבות גם בהרכב הגזים באטמוספירה ובמי חים. יציבויות בסיסיות אלה הן שהביאו לתיקונים ולקיזוזים של סטיות ושינויים, כך שגידול בתכולת דו תחמוצת הפחמן באטמוספירה גרם גידול מתאים בשקיעת פחמת הסידן (CaCO3) בקרקעית הים. אולם כאשר השינויים הסביבתיים חרגו מטווח התיקון האפשרי, הם הידרדרו לאסון סביבתי ואפילו להכחדה המונית. ■41
רוב גודלי הזמן והמרחק במאמר זה הם מספרים מקורבים. לפיכך הושמטו מהם הקידומות המציינות קירוב (המערכת). ↩
עקרונות טקטוניקת הלוחות תוארו במאמרו של בנימין אייזן, “נדידת יבשות – אינטואיציה, עובדות או אמת ארעית”, מחשבות 49. ↩
על ראשית החיים על פני כדור הארץ, ר׳ מאמרו של שניאור ליפסון, “אחדות הטבע והיקום,״ מחשבות 57 (ר׳ גם המאמר ׳׳לא על התוקפנות לבדה” בגיליון זה – המערכת). ↩
