סלע תמיד בדרך למקום אחר
הרימו חלוק אבן, והוא ייראה כמו התגלמות של יציבות. ובכל זאת, כל סלע היה פעם משהו אחר, ויהיה שוב משהו אחר. גאולוגים ממיינים סלעים לשלוש משפחות לפי האופן שבו נוצרו. סלעי יסוד מתגבשים מסלע מותך. סלעי משקע בנויים מחלקים של סלעים ישנים יותר, ששקעו והתקשו. סלעים מותמרים הם סלעים ישנים יותר שהשתנו בחום ובלחץ בלי להימס. מחזור הסלעים הוא אוסף הדרכים שבהן כל סוג הופך לאחרים.
הסצנה עוקבת אחרי פיסת סלע אחת לאורך כל הסיבוב. היא מתחילה כגרניט, מתפוררת לחול, מתקשה לאבן חול, נאפית לסלע מותמר ולבסוף נמסה, מוכנה להתחיל מחדש. המסלול שלה באדמה, למטה ולמעלה, בחום ובקור, מצויר בתרשים שלצידה.
סלע יסוד: גבישים מתוך התכה
עמוק בקרום, במקום שבו הסלע חם מספיק, הוא נמס בחלקו למאגמה. מאגמה קלה מהסלע המוצק שסביבה, ולכן היא עולה, עד שהיא נעצרת מתחת לפני הקרקע ומתקררת, או מתפרצת כלבה (איך היא מתפרצת, זה הנושא של הרי געש). כשהיא מתקררת, גבישים של מינרלים גדלים מתוך ההתכה: פלדספר ורוד ולבן, קוורץ אפור ומבריק כזכוכית, פתיתים של נציץ שחור. הם גדלים עד שהם נדחקים זה אל זה, ולכן גרניט הוא פסיפס צפוף של גבישים משתלבים, בלי רווחים ביניהם.
כמה גדולים הגבישים יהיו תלוי בכמה זמן יש להם. גוף של מאגמה בעומק של כמה קילומטרים, עטוף בסלע שכבר חם, צריך מאה אלף שנה ויותר כדי להתמצק, והגבישים שלו גדלים לכמה מילימטרים: גרניט. אותה התכה, כשהיא מתפרצת כלבה, מתקררת תוך ימים עד חודשים, מהר מדי כדי שגבישים יגדלו, והופכת לסלע דק־גרגר, ריוליט, לעיתים קרובות עם כמה גבישים גדולים יותר שגדלו לפני ההתפרצות ופסים חיוורים במקום שבו זרמה. למה התקררות איטית מגדלת גבישים גדולים, מוסבר בגבישים.
נסו: בסלע יסוד, הזיזו את המאגמה התקררה בעומק אל 0 km, לבה על פני השטח, ואחר כך אל 7 km, עמוק מתחת לפני הקרקע. זו אותה התכה, אבל סלע אחר: הגבישים של הריוליט קטנים מכדי לראות אותם, ושל הגרניט רוחבם כ־5 mm. בתחתית התרשים כתוב כמה זמן כל אחד מהם התקרר.
משקעים: מתפרק על פני השטח
גרניט נוצר קילומטרים מתחת לפני הקרקע, ובכל זאת מוצאים אותו בפסגות הרים. הוא מגיע לשם כשהקרום נדחף למעלה והסלע שמעליו נשחק, במשך מיליוני עד עשרות מיליוני שנים. איפה הקרום נדחף למעלה, ולמה, זה הנושא של טקטוניקת הלוחות.
על פני השטח הסלע פוגש מים, אוויר ויצורים חיים, ומתחיל להירקב: זו בלייה. מי גשם, שפחמן דו־חמצני הופך לחומציים מעט, הופכים לאט את הפלדספר לחרסית ומחלידים את הברזל שבנציץ. הקוורץ כמעט לא מגיב. כשהגבישים שסביבו מתרככים, הקוורץ משתחרר, והגרניט מתפורר לחול גס. נהרות נושאים את החול והחרסית ומשקיעים אותם במקום שבו המים מאטים, באגמים, בדלתות ובים, שכבה על שכבה. איך גשם ונהרות עושים את העבודה הזאת, זה הנושא של סחיפה ובלייה.
נסו: עברו מסלע יסוד אל משקעים. הפלדספר מעיב והנציץ מחליד, גרגרים נושרים, וחול נערם בשכבות סביב הסלע עד שלא נשאר ממנו דבר.
סלע משקע: נדחס ומודבק
כל שכבה חדשה קוברת את אלה שמתחתיה. חול שזה עתה שקע הוא בערך שתי חמישיות חלל ריק, מלא במים. כשהוא נקבר לעומק של קילומטר ויותר, המשקל שמעליו דוחס את הגרגרים זה אל זה, ומינרלים שמומסים במים (קוורץ, קלציט, תחמוצות ברזל) מתגבשים ברווחים ומדביקים את הגרגרים. החול הפך לאבן חול, עדיין בטמפרטורה נמוכה בהרבה מ־200 °C. השכבות שבהן שקע נשמרות כשכבתיות שלה, לפעמים עם השכבות המשופעות של אדוות ודיונות עתיקות.
לא כל סלעי המשקע עשויים מחול. בוץ מתקשה לאבן בוץ ולפצלה; קונכיות ושלדים של יצורים ימיים זעירים בונים גיר; מלח שנשאר מימים שהתייבשו הופך למלח סלעים. בסלעי משקע נשמרים גם המאובנים, וזה סיפור לתיעוד המאובנים.
נסו: עברו אל סלע משקע. השכבה שוקעת בכחמישית כשהרווחים נסגרים, החללים הכהים שבין הגרגרים מתמלאים במלט בהיר, והפאה המנוסרת חושפת את השכבות.
סלע מותמר: משתנה בלי להימס
אם אבן החול נישאת עמוק יותר, כמו שקורה כשיבשות מתנגשות ומעבות את הקרום להרים, היא מתחממת. בחלק גדול מהקרום היבשתי הטמפרטורה עולה בערך ב־25 °C לכל קילומטר של עומק, והלחץ בכ־27 מגה־פסקל, פי 270 בערך מלחץ האוויר בגובה פני הים. מעל כ־200 °C המינרלים שבסלע כבר אינם היציבים. אטומים נעים בתוך המוצק ובונים אותו מחדש כמינרלים חדשים וכגבישים גדולים יותר, בלי שהסלע נמס אף פעם: הסלע הופך למותמר.
ככל שהוא יורד עמוק יותר, הוא משתנה יותר; גאולוגים קוראים לזה דרגת ההתמרה. בכמה מאות מעלות גרגרי החול צומחים זה לתוך זה ויוצרים סלע קשה ומגורען כמו סוכר (אבן חול מותמרת; אבן חול של קוורץ טהור הופכת לקוורציט). בחום רב יותר צומחים פתיתים חדשים של נציץ, ומכיוון שהסלע נלחץ, הם מסתדרים בניצב ללחיצה, ולכן הסלע מנצנץ ונבקע לאורך המישורים שלהם: שיסט. בחום רב עוד יותר, מעל כ־550 °C, המינרלים ממיינים את עצמם לפסים בהירים של קוורץ ופלדספר ולפסים כהים של נציץ: גנייס, לעיתים קרובות מקומט במקום שבו הסלע זרם.
נסו: עברו אל סלע מותמר ונסו את ההגדרות תחת אבן החול נקברה לעומק. מתחת לאגן (5 km, כ־140 °C) משאירה אותה אבן חול; רכס הרים (16 km, כ־415 °C) יוצרת שיסט; שורש עמוק של רכס (24 km, כ־615 °C) יוצרת גנייס בפסים. בסביבות 10 km מתקבלת אבן חול מותמרת.
ההתכה סוגרת את המעגל
עמוק וחם יותר, הסלע מתחיל להימס. סלע כמו זה, עשוי קוורץ ופלדספר עם מעט מים, מתחיל להימס בכ־650–700 °C, הרבה לפני שהוא נעשה נוזל כולו, בסביבות 1,000 °C. ההתכה הראשונה נוצרת בפסים הבהירים של קוורץ ופלדספר, וכך נשאר סלע מפוספס, חלקו מותך וחלקו מוצק: מיגמטיט. כשכשליש מהסלע נמס, ההתכה יכולה להתקבץ ולעלות כמאגמה, והמחזור חוזר לנקודת ההתחלה.
נסו: לחצו על עמוק מספיק כדי להימס (34 km, כ־865 °C) ועברו אל התכה. הפסים הבהירים זוהרים ראשונים, ואחר כך הסלע כולו, שצונח ככל שיותר ממנו נמס; התרשים מראה שנמסו 58%. בעומק של 28 km הוא מגיע רק עד מיגמטיט.
לא כל סלע עושה את כל הסיבוב. אבן חול שאף פעם לא נקברה עמוק מספיק כדי להשתנות יכולה להידחף בחזרה למעלה ולהישחק, ממשקעים בחזרה למשקעים. גרניט יכול להילחץ לגנייס בלי להפוך אף פעם לחול, וכל סלע שהוא יכול לעבור בלייה על פני השטח. הקיצורים האלה הם חלק מהמחזור בדיוק כמו הסיבוב המלא.
נסו: עם מתחת לאגן, עברו אל התכה. אבן החול אף פעם לא מתחממת מספיק כדי להשתנות, ולכן היא מורמת, מחלידה ומשירה את הגרגרים שלה, והתרשים מחזיר אותה ישר אל פני השטח כמשקעים.
מה מניע את המחזור
שני מנועים מניעים את המחזור. חום מתוך כדור הארץ, שחלק גדול ממנו בא מההתפרקות הרדיואקטיבית האיטית של אורניום, תוריום ואשלגן, שומר על המעטפת בתנועה ואיתה על הלוחות, וכך סלע נקבר, נמס, והרים נדחפים למעלה. אור השמש מניע את מזג האוויר: אידוי, גשם, נהרות וכפור, ששוחקים את ההרים בחזרה.
סיבוב אחד נמשך עשרות עד מאות מיליוני שנים, ולכדור הארץ היה זמן לרבים כאלה. מכיוון שפני השטח שלו ממוחזרים כל הזמן, סלע עתיק מאוד הוא נדיר. הסלעים השלמים העתיקים ביותר שידועים הם בני כ־4 מיליארד שנה, וגרגרים בודדים של זירקון, מינרל עמיד מספיק כדי לשרוד כמה סיבובים, מגיעים ל־4.4 מיליארד. איך קוראים את גילם, זה הנושא של תיארוך רדיומטרי וגיל כדור הארץ.
מה המודל הזה משמיט
הסצנה משנה פיסת סלע אחת במקומה. במציאות הקבורה וההרמה קורות לאזורים שלמים, בעובי של קילומטרים, והסלע נודד: החול שלו נישא הרחק מהגרניט שממנו בא ומתערבב בחול ממקומות אחרים, וההתכה שלו עולה משם כדי להתקרר במקום חדש. התרשים מראה את הנדידה הזאת; הסצנה לא.
הטמפרטורה עולה עם העומק לאורך קו ישר אחד של 25 °C לקילומטר. השיפועים האמיתיים מתעקלים, נעשים מתונים יותר עם העומק, ונעים בין פחות מ־15 °C לקילומטר במקום שבו קרקעית ים קרה שוקעת ליותר מ־50 ליד הרי געש. גם ללחץ יש תפקיד, לא רק לחום: במקום שבו סלע נדחף מטה מהר ונשאר קר, נוצרים סלעי לחץ גבוה כמו שיסט כחול, שהסצנה משמיטה. הטמפרטורות של כל שלב, 200, 350, 550 ו־680 °C, הן ערכים טיפוסיים; השינויים האמיתיים תלויים במינרלים של הסלע, במים שבו ובזמן. אבן חול של קוורץ טהור הייתה הופכת לקוורציט ולעולם לא לשיסט, ושיסט נוצר בקלות הרבה ביותר מאבן בוץ; אבן החול שבסצנה, שנבנתה מגרניט, מכילה מספיק חרסית ופלדספר כדי שיצמח בה נציץ.
זמני ההתקררות וגודלי הגבישים באים מהתאמה חלקה לסדרי הגודל הנכונים, לא מחישוב של זרימת חום; גודלי גבישים אמיתיים תלויים גם בגודל גוף המאגמה ובמים שבו. ההתכה עולה בקו ישר מ־680 עד 1,000 °C. סלע אמיתי שקבור בעומק של 30 או 40 קילומטרים בדרך כלל קר יותר ממה שהקו הישר אומר, והוא נמס רק במקום שבו הקרום עבה במיוחד או שמגיעים חום או מים נוספים.