גז געשי

גז געשי הוא שם כללי למגוון חומרים גזיים הנפלטים מתוך הרי געש פעילים, ולעיתים גם מהרי געש רדומים. הגזים הגעשיים נלכדים בתוך נקבוביות הסלעים הגעשיים, במאגמה או בלבה.

מקורות הגז הגעשי עשויים להיות מרכיבים ראשוניים או ממוחזרים ממעטפת כדור הארץ; מרכיבים שהתערבבו בקרום כדור הארץ; או מי תהום באטמוספירת כדור הארץ. מתוכם, חומרים שעשויים להפוך לגז או לשחרר גזים כשהם מתחממים, נקראים "חומרים געשיים נדיפים".

הגזים הגעשיים משתחררים באופנים שונים ובחלקים שונים של הר הגעש: מלוע הפעיל ועד למורדות המרוחקים שלו.^[1]

גזים געשיים הם מרכיב מהותי בגעשיות, והם נפלטים במגוון דרכים: משחרור בעוצמה גבוהה מהרי געש שפעילותם עזה ועד לפליטה דלילה ובלתי-נראית לעין מבעד למסלע ולקרקע בסביבת הר הגעש.

גזים געשיים ממלאים תפקיד ח��וב בהתנהגותו של הר געש. באופן כללי, עלייה בזמינותם בחלקיו השונים של הר הגעש מובילה לעלייה בנפיצותו. ההתפרצויות המתפוצצות העזות ביותר נובעות ממאגמה עתירת-גז ומלחץ מוגבר בתוך הר הגעש הנובע משחרור הגזים מתוך המאגמה במהלך הובלתה בשכבות הרדודות של הר הגעש.

גזים ואדים משתחררים מתוך המאגמה כאשר ריכוזם והלחץ בתוך המאגמה גבוהים. כאשר המאגמה סמוכה לפני הקרקע או הופכת ללבה, עשויה טמפרטורת הגזים הנפלטים לעלות על 400 מעלות צלזיוס.

בהתפרצויות געשיות מתפוצצות מתרחש שחרור פתאומי של גזים הגורם לתנועה חדה של המאגמה. עוצמתן של התפרצויות כאלה עשויה להתגבר כאשר המאגמה באה במגע עם מים ונוצרים אדים, הגורמים להתרחשות התפרצות פריאטית או התפרצות פריאטו-מגמטית.

במפגש של גזים געשיים עם מי אקוויפר או מים מטאוריים^[2] עשוי להיווצר קיטור הנפלט מתוך המאגמה. במצב זה יורדת טמפרטורת הגזים מ-400 מעלות צלזיוס. התקררות זו גורמת לתחילתו של גיבוש מפריט ולהיווצרות גבישי מינרלים. הקיטור והמים שהתחממו במגעם עם המאגמה גורמים להתהוות מעיינות חמים וגייזרים הפולטים את הגזים שהתמוססו במים.

התגבשות מינרלים ופליטה של מים חמים שנוצרו בתהליך זה נראית בנביעות הידרותרמיות דוגמת "מעשנות שחורות" (black smokers) ו"לבנות" (white smokers) הנוצרות מעל סדקים בקרקעית אוקיינוסים, סמוך לרכסים מרכז אוקייניים ונקודות חמות. ארובות הידרותרמיות אלה הן מבנים צינוריים מוארכים שדפנותיהם מתארכות עם התגבשות המינרלים בשוליהם. מתוך הארובות נפלט זרם של מים וגזים געשיים, שצבעו נקבע על ידי תכולת המינרלים שבו. כאשר הזרם כהה נקראות המעשנות "שחורות", וכאשר הזרם בהיר הן נקראות "לבנות".

במקרים אחרים מתקיים שחרור פסיבי של גזים געשיים שאינו מלווה בהתפרצות געשית. שחרור פסיבי כזה עשוי להתרחש מבעד לסדקים באמצעות זרימה אופקית, ולהתבטא בפליטת הגזים ממורדות הר הגעש. גזים געשיים נפלטים מבעד לפומרולות – סדקי פליטה של אדים וגזים, וסולפטרות – פומרולות הפולטות גזים ואדים עשירים בחומצה גופריתית.

מקבצים נרחבים של פומרולות וסולפטרות נקראים "שדה פומרולות" או "שדה סולפטרות",^[3] והימצאותם של שדות כאלה מעידה על מידת הלחץ הפעיל בתוך הר הגעש.

שדה פומרולה כזה מצוי באי ג'אווה באינדונזיה ונקרא קאווה קראהה (Kawah karaha).^[4] אורכו של השדה 250 מטרים ורוחבו 80 מטרים, וההתפרצות הגעשית האחרונה שנרשמה בו מתועדת לחודש מאי, 1861. שדה נוסף מצוי בלועו של הר הגעש סולפטרה במתחם הגעשי קמפי פלגריי בדרום איטליה.

המרכיבים העיקריים של גזים געשיים הם אדי מים, פחמן דו-חמצני, גופרית – בצורה של גופרית דו-חמצנית בגזים געשיים בטמפרטורה גבוהה ובצורה של מימן גופרתי בגזים געשיים בטמפרטורה נמוכה, חנקן, ארגון, הליום, ניאון, מתאן, פחמן חד-חמצני ומימן. תרכובות נוספות שנמצאו בגזים געשיים הן חמצן, מימן כלורי (HCl), מימן פלואורי (HF), מימן ברומי (HBr), תחמוצות חנקן, גופרית שש-פלואורידית (SF₆), גופרית קרבונילית ותרכובות אורגניות. המרכיב הנפוץ ביותר הוא אדי מים – המהווים 60% מהגזים הנפלטים, ואחריו פחמן דו-חמצני – המהווה 40-10% מהגזים הנפלטים.^[1]

הרכב הגזים הגעשיים משתנה מהר געש אחד למשנהו. במרבית הרי הגעש נפלטים אותם גזים, אם כי ביחסים שונים – עובדה שלא הייתה ידועה במאה ה-19, עת סברו מדענים כי מכל הר געש נפלט גז געשי ייחודי לו: גופרית דו-חמצנית באטנה, כלוריד מימני בווזוב ופחמן דו-חמצני בהר הגעש פורסה (Puracé) בקולומביה.^[5]

דעה זו השתנתה בשנות ה-50 של אותה מאה כתוצאה מעבודתו של הגאולוג הצרפתי שארל סנט-קלר דוויל (Charles Joseph Sainte-Claire Deville‏, 1814–1876). דוויל עסק בניתוח כימי של גזים געשיים, והראה כי אותם גזים נפלטים בכל הר געש במגוון רחב של יחסים ביניהם. שונוּת זו מגוונת כל-כך עד כי קשה היה להעריך את משמעותה.

משלהי המאה ה-20 מסתייעים גאוכימאים בטכניקות מתוחכמות ובידע תאורטי נרחב בניסיון להבין את משמעותו של כל הרכב כימי בגזים שפולט הר געש – תוך התחשבות במיקום הגאולוגי והטקטוני ובהימצאות מים בסביבתו. הרי געש המצויים בגבולות סגירה פולטים יותר אדי מים וכלור מאשר הרי געש של נקודה חמה או גבולות פתיחה. הסיבה לכך נעוצה בין היתר בהרכב המאגמה הנוצרת במיקומים השונים:

• מאגמה בזלתית אופיינית לנקודות חמות בקרום אוקייני, לרכסים מרכז אוקייניים ולסביבת העתקים.
• מאגמה אנדזיטית אופיינית לקשתות איים וקשתות געשיות הנוצרות מעל אזור הפחתה – הגבול בין לוחות טקטוניים בו חודר לוח אוקייני אל מתחת לליתוספירה של לוח אחר.
• מאגמה גרניטית אופיינית לנקודות חמות בקרום יבשתי.

דוגמאות להבדל בהרכב הגזים הגעשיים בין הרי געש שונים:^[6][1][7]

מאפיין	הר סנט הלנס	אטנה	קילוואה	ארטה אלה
אדי מים (H2O)	91.58	53.69	78.7	77.2
מימן (H2)	0.269	0.57	1.065	1.35
פחמן דו-חמצני (CO2)	0.913	20	3.17	11.3
פחמן חד-חמצני (CO)	0.0013	0.42	0.0584	0.44
גופרית דו-חמצנית (SO2)	0.073	24.85	11.5	8.34
מימן גופרתי (H2S)	0.137	0.22	3.21	0.68

עם זאת, ייתכנו הבדלים בהרכב פליטת הגזים של אותו הר געש בשלבים שונים של התפתחות ובתקופות שונות, העשויים לנבוע בין היתר משינוי בטמפרטורת הפליטה.^[8][9]

ניתוח הרכב הגזים הגעשיים מעניק לוולקנולוגים כלים להבנתם של נתונים געשיים, למשל:

• הערכת נוכחותה של מאגמה במפלסים שונים של הר הגעש – נוכחות המצביעה על אפשרות של התפרצות עתידית.
• ההרכב הכימי של החומר הנפלט מסייע לקבוע את עושר או דלות המאגמה בגזים מומסים – נתון המצביע על נפיצות המאגמה ועוצמתה של התפרצות עתידית.
• הערכת מקורו של הגז – מהמעטפת, מלוח מופחת, מסלעי משקע בקרום או מנוזלים בשכבות הרדודות של הר הגעש דוגמת מי תהום או מי גשם. גם לנתון זה חשיבות בהערכת התפרצות עתידית, מקורה ועוצמתה.

בנוסף, באמצעות ניתוח כימי מתמשך, בשילוב עם מדידת גלים סייסמיים ונתוני מעוות – מתקבל מידע ארוך-טווח המסייע לחזות התפרצות קרֵבה.

הראשון לערוך איסוף וניתוח נרחב של גזים געשיים היה הגאולוג האיטלקי שיפיונה ברייסלאק (Scipione Breislak‏, 1748–1826). ברייסלאק ערך מחקר מקיף באזור הר הגעש סולפטרה בפרט וברחבי הקשת הגעשית של קמפניה בכלל, ונחשב חלוץ באיסוף וניתוח גזים געשיים.^[10]

מאז ימיו של ברייסלאק התרבו והשתפרו לעין-ערוך הכלים העומדים לרשות המדענים. רוברט בונזן השתמש בבקבוקונים המכילים תמיסות מאכלות שאיפשרו לזהות כמה מן הגזים הגעשיים – שיטת ששוכללה מאוחר יותר על ידי הכימאי הגרמני ורנר פרידריך גיגנבאך (Werner Friedrich Giggenbach‏, 1937–1997)^[11] ל"בקבוקי גיגנבאך",^[12] המשמשים עד היום לניתוח כימי של גזים געשיים. כלים מתקדמים נוספים המשמשים לניתוח גזים געשיים הם ספקטרוסקופיה בתת-אדום, שיטות שונות של כרומטוגרפיה (בעיקר כרומטוגרפיית גז) וספקטרומטר מסה.

הסכנות הגלומות בהתפשטות גזים געשיים נובעות מהיותם של רבים מהם חומציים ומיכולתם לגרום נזק לרקמות אורגניזמים של צמחים, בעלי חיים ובני אדם. רעילותם של גזים אלה מתבטאת בפגיעה בעור, במערכת הנשימה ובאיברים נוספים, ואחראית ל-3% ממקרי המוות הקשורים לגעשיות שאירעו בשנים 1900–1986.^[13]

לכל אחד מן הגזים הגעשיים השפעה מזיקה משלו:^[7]

• גופרית דו-חמצנית – גז חסר-צבע בעל ריח חריף המגרה את העור ואת ריריות האף, הגרון, הפה והעיניים. השפעתו על הסביבה מתבטאת בזיהום אוויר ובערפיח געשי הגורמים לפגיעה בשכבת האוזון ולהיווצרות חורף געשי. בנוסף לכך פליטת גופרית דו-חמצנית גורמת לעיתים להיווצרות מדבר געשי. דוגמה לכך מהווה מדבר קאו (Kaʻū Desert) – שטח נטול צמחייה לחלוטין השוכן מדרום מערב לקלדרה של הר הגעש הפעיל קילוואה באי הוואי במדינה הוואי שבארצות הברית. אף שבאזור זה יורדים גשמים מרובים (מעל ל-1,000 מ"מ גשם בשנה), הרי שהתגובה הכימית בין הגופרית הדו-חמצנית ללחות באוויר יוצרת טיפות של חומצה גופריתית, הנושרות לקרקע כגשם חומצי שערך ה-pH שלו מגיע לרמה של 3.4 על הקרקע. החומציות הגבוהה של המים מונעת היווצרות צמחייה באזור זה.
• מימן גופרתי – גז דליק, חסר-צבע ובעל ריח חריף הפוגע במערכות הנשימה והעיכול. לדליפה של גז זה בבתי הזיקוק בחיפה יוחסה מותם של שלושה עובדים ופציעתם של נוספים בתאונה שהתרחשה בנובמבר 2010.^[14]
• פחמן דו-חמצני – גז חסר-צבע הכבד מן האוויר ולכן שוקע במקומות נמוכים. בריכוזים נמוכים (עד 30%) הוא גורם לקוצר נשימה, לכאבי ראש, להתכווצות שרירים ולאובדן הכרה, ואילו בריכוזים גבוהים יותר הוא גורם למוות כתוצאה מחנק.
• מימן כלורי – גז הנפלט בהתפרצויות געשיות כחומצת מימן כלורי – חומצה חזקה שבריכוזים גבוהים מהווה חומר מאכל הפוגע בריריות ובמערכת הנשימה.

נזקם של הגזים הגעשיים רב יותר ככל שריכוזם גבוה יותר. ריכוזים גבוהים במיוחד עשויים לגרום לנזק בקנה-מידה עולמי, כפי שעולה ממחקר הנוגע לשינוי האקלים לפני 250 מיליון שנים המצביע על קשר הדוק בין פליטה נרחבת של גזים געשיים והכחדת פרם-טריאס^[15] – אירוע ההכחדה הנרחב ביותר שהתרחש אי-פעם. האירוע הגעשי המשוער כקשור להכחדה זו הוא התפרצויות געשיות נרחבות שיצרו את מדרגות אומיישאן בסצ'ואן שבסין ואת מדרגות סיביר ברוסיה – משטחי בזלת נרחבים שנוצרו מכיסוי שטחים נרחבים בשכבות לבה עבות, שגילן מתוארך לתקופה זו.

הסכנה הנובעת מגזים געשיים אינה מתבטאת רק בעת התפרצות געשית. פליטתם מבעד לסדקים – באמצעות פומרולות וסולפטרות – מעלה את ריכוזם באוויר. עם זאת, במקומות רבים מקימים אנשים את ביתם בסביבה מסוכנת כזו.

ערך מורחב – התפרצות מימית

המחשה מודרנית של הסכנות הנובעות מגזים געשיים התבררה במלוא היקפה בשנת 1986 באסון שהתרחש בצפון קמרון, באגם ניוס – אגם לוע בשדה הגעשי אוֹקוּ. ב-21 באוגוסט של אותה שנה השתחרר מתוך האגם פחמן דו-חמצני בנפח משוער של 1.5 קילומטרים רבועים,^[16] שגרם למותם של 1,746 בני אדם^[17] ברדיוס של 25 ק"מ מן האגם.

לא היה זה המקרה הראשון של פליטת גזים רעילים מתוך אגמי לוע. שנתיים קודם-לכן אירע מקרה דומה באגם מונון, השוכן גם הוא בשדה הגעשי אוקו. ב-15 באוגוסט 1984 עלה מן הלוע ענן של פחמן דו-חמצני, שגרם למותם של 37 בני אדם. בשל סמיכותם של שני המקרים בזמן ובמקום נודעו האגמים כ"אגמים רצחניים"^[18] או "האגמים הרצחניים של קמרון",^[19][20] והתעורר הצורך במחקר מדעי של התופעה.^[21]

לסברה כי אירועי 1986 באגם ניוס נגרמו כתוצאה מרעידת אדמה שבעקבותיה חלה מפולת בוץ בקרבת האגם אין עדויות מוצקות,^[22] וההשערה הרווחת בין מדענים היא כי מדובר ב"התפרצות אגמית" (limnic eruption)^[23] המכונה גם "היפוך אגמי" (lake overturn).^[24] ההסבר לתופעה זו היא כי בתחתית האגם נוצר ריכוז גבוה של גזים – בין היתר גזים געשיים – המומסים במימיו ויוצרים כיסי-גז בקרקעיתו. כאשר אלה מגיעים לרוויה והם נחשפים לתנאים קיצוניים דוגמת לחץ גבוה בתחתית האגם – הם מתפרצים בבת-אחת, באותו אופן בו משתחרר גז עם פתיחתו של בקבוק סודה או שמפניה.

בשנת 1983 התגלה במחצבה בבור מסל בגרמניה שלד מאובן בן 47 מיליון שנה של נקבת "דרוויניוס מסילאה" (Darwinius masillae).^[25] לשלד מן האאוקן הוענק השם "אידה", על-שם בתו בת ה-6 של יורן הורום (Jørn Hurum) – ראש צוות המדענים ממוזיאון המדע בנורווגיה שחקר את השלד. אידה טבעה ככל הנראה בחוף אגם געשי עתיק, ששרידיו נמצאים במחצבה הנטושה בה נמצאו מאובנים רבים נוספים. הסברה היא כי גז געשי שעלה מן האגם גרם לאובדן הכרתה של אידה ולנפילתה אל תוך האגם.

• גאולוגיה - מונחים
• התפרצות געשית
• מאגמה

• עמנואל מזור, גיאולוגיה בפטיש ישראלי, תל אביב: האוניברסיטה הפתוחה, 1994, מסת"ב 965-06-0276-3
• שלמה שובאל, צפונות כדור הארץ, רעננה: האוניברסיטה הפתוחה, 2006, מסת"ב 965-06-0872-9
• עקיבא פלכסר, גיאולוגיה, יסודות ותהליכים, ירושלים: אקדמון, 1992, מסת"ב 965-350-026-0
• Encyclopedia of Volcanoes, Academic Press, 1999, ISBN 0-12-643140-X
• Encyclopedia of Geology, Elsevier Academic Press, First edition 2005, ISBN 0-12-636380-3

• גזים געשיים והשפעתם באתר USGS
• גזים געשיים ושינויים אקלימיים באתר USGS
• תצלומים: שדה סולפטרות בפפנדאיאן (Papandayan) – הר געש סמוך למראפי, שדה פומרולות בהר הגעש בינולואן (Binuluan) בפיליפינים, שדה פומרולות(הקישור אינו פעיל) בקמצ'טקה
• תצלום: שימוש אין סיטו בבקבוק גיגנבאך