החום הוא המקור העיקרי לאנרגיה המניעה פעילות גיאולוגית על כל פלנטה. החום הפנימי של כדור הארץ, שמקורו ברדיואקטיביות, הוא "המנוע" המניע את הפעילות הגיאולוגית של הפלנטה. הרי געש, למשל, מתפרצים כי החום בתוך כדור הארץ מתיך סלעים ויוצר מאגרים של מאגמה מותכת; המאגמה צפופה פחות מהסלעים שסביבה, ולכן היא נוטה לעלות אל פני השטח. רעידות אדמה נגרמות גם על ידי לחץ הקשור בתנועות של סלע מותך. ללא רדיואקטיביות, פנים כדור הארץ היה מתקרר מזמן. הרי הגעש היו כבים, ולא היו רעידות אדמה. כדור הארץ היה מת מבחינה גיאולוגית.
החום מועבר מהליבה החמה אל הקרום הקר בעיקר בהסעה. אנו מכירים את ההסעה מסיר של מים רותחים: כיסים של מים חמים זורמים במעגל ונושאים את החום מהכיריים אל פני המים, ושם הוא נפלט כאדים. בכדור הארץ, ההסעה מתבטאת בזרימה מעגלית איטית של סלע צמיגי, מותך למחצה. זרימות אלה גורמות לטקטוניקת הלוחות ולפעילות הגעשית בקרום. זהו עיקרון של התרמודינמיקה: חום זורם מאזורים חמים לאזורים קרים יותר.
באדיבות ויקיפדיה.
פעילות רדיואקטיבית היא אחד המקורות העיקריים של חום בפנים כדור הארץ. כיצד מינרלים רדיואקטיביים בתוך הפלנטה מייצרים חום? תארו לעצמכם אטום של יסוד רדיואקטיבי קבור בתוך כדור הארץ. כאשר האטום מתפרק במהלך תהליך של דעיכה רדיואקטיבית, הוא יורה חלקיקים תת אטומיים ופוטונים אנרגטיים החוצה ואלה פוגעים בחומר הסמוך אליו. כשם ששברים של כדור ביליארד מתפוצץ עשויים להניע את הכדורים השכנים, שברי האטום המתפרק פוגעים באטומים אחרים ומגבירים את תנועתם. הטמפרטורה היא מדד למהירות החלקיקים, ולכן תנועה מוגברת פירושה טמפרטורה גבוהה יותר. חומר רדיואקטיבי הוא אפוא מקור אנרגיה, והוא מחמם את פנים כדור הארץ, שבו הוא לכוד.
החימום שיוצרים יסודות רדיואקטיביים בתוך כדור הארץ מסביר מדוע מודלים מוקדמים לגיל כדור הארץ, שהתבססו רק על זמן ההתקררות שלו, נתנו גיל קצר מדי בהרבה. כפי שניוטון ובופון הראו, כדור הארץ היה מתקרר לחלוטין בתוך מיליוני שנים, אילולא הרדיואקטיביות. אבל בזכות החימום הפנימי, מעמקי כדור הארץ נשמרו חמים פי אלפים יותר זמן – כמה מיליארד שנים.
ככלל, הפלנטות מייצרות חום בהתאם לגודלן. אטומים רדיואקטיביים דועכים בתוכן, ותהליכי הולכה והסעה מעבירים את החום מבפנים אל פני השטח. לפלנטות גדולות יותר יש כוח הכבידה חזק יותר. הלחץ הנוצר בשל כוח הכבידה יוצר חלק פנימי במצב מותך שיכול לגרום לפעילות גיאולוגית. כמו כן, ככל שהפלנטה גדולה יותר, כך לוקח זמן רב יותר לחום פנימי להגיע אל פני השטח. אין כאן תעלומה – אם אתה מוציא סלע גדול וסלע קטן מתוך מדורה, הקטן יתקרר מהר, בעוד שהגדול יישאר חם לאורך זמן. פלנטות מתנהגות בדרך דומה.
הרעיון הפשוט של יחס ישר בין החום הפנימי לבין גודל הפלנטה מסייע בהבנת האבולוציה הפלנטרית, שכן הפעילות הגיאולוגית על פני הפלנטה מונעת על ידי חום הבוקע מבפנים. גוף פלנטרי קטן מתקרר מהר מאוד, וחלקו הפנימי מייצר מעט חום כי יש בו פחות חומר רדיואקטיבי. לכן, על פני השטח של פלנטה קטנה ייראו אינספור מכתשים שנותרו מפגיעות שהתרחשו לאורך כל הזמן הגיאולוגי. מאידך גיסא, גוף פלנטרי גדול שומר על החום הפנימי לאורך זמן רב יותר, ובתוכו נוצרת אנרגיה רבה כתוצאה מפעילות מסה גדולה יותר של חומר רדיואקטיבי. חום פנימי זה מניע פעילות געשית וטקטונית, המעצבת מחדש את פני השטח ללא הרף. לכן, פני השטח של פלנטה גדולה ייראו צעירים, ויהיו בהם פחות מכתשי פגיעה.
באדיבות ויקיפדיה
קצב ודרך העברת חום ממרכז הפלנטה אל פני השטח קובעים את רמת הפעילות הגיאולוגית בפני השטח. אם הפלנטה קטנה וכבר התקררה, מרכזה אינו חם בהרבה מפני השטח, ומעבר החום יכול להתבצע מבפנים החוצה על ידי הולכה. לעומת זאת, אם הפלנטה גדולה ונוצרת בקרבה אנרגיה רבה כתוצאה מפעילות רדיואקטיבית, המרכז יהיה חם הרבה יותר מאשר פני השטח. הפרש הטמפרטורה הגדול בין המרכז לפני השטח גורם להסעה במעטפת, שהיא תנועת מסה אטית של חומר חם במצב פלסטי. אם הן חמות דיין, שכבות הסלע הפנימיות של פלנטה יכולות ממש לזרום לאט. פלומות חמות של חומר בהסעה, העולות באסתנוספירה (השכבה החמה והגמישה שמתחת לליתוספירה, שעליה נעים הלוחות), יוצרות "נקודות חמות" מתחת לליתוספירה. נקודות חמות כאלה יוצרות הרי געש. איי הוואי הם דוגמה לתופעה זו בכדור הארץ, וייתכן שגם הרי הגעש הענקיים בנוגה ובמאדים נמצאים מעל נקודות חמות שנוצרו על ידי הסעה. לפלנטה קטנה יותר, שפנימה קר, יש פחות חום פנימי כדי ליצור תנועת הסעה במעטפת, וכן פחות אנרגיה פנימית כדי להניע פעילות סייסמית, טקטונית או געשית.
באדיבות ויקיפדיה
רעיונות פשוטים של יצירת חום והעברתו בתוך הפלנטות מאפשרים לנו להבין את ההבדלים בתכונות גיאולוגיות מפלנטה אחת לשנייה. אם נסדר את הגופים הפלנטריים הסלעיים לפי גודלם, מהקטן לגדול, נראה בדיוק את מה שהיינו מצפים לו: מעבר הדרגתי לפני שטח צעירים יותר ולפעילות גיאולוגית רבה יותר:
· דימוס – קר כולו – מצולק במכתשים
· פובוס – קר כולו – מצולק במכתשים
· הירח – קר כמעט כולו – מצולק במכתשים, ובו כמה זרמי לבה (בני 3.5 מיליארד שנים).
· מרקורי – קר כמעט כולו – מצולק במכתשים, ובו כמה זרמי לבה עתיקים (בני 3.5 מיליארד שנים?).
· מאדים – ייתכן שפנימו עדיין חם – מחצית הפלנטה ממוכתשת, ומחציתה האחרת מכוסה בזרמי לבה צעירים (בני 1.4 מיליארד שנים?). כמה הרי געש צעירים מאוד (בני 500 מיליון שנה, ואולי עדיין פעילים?).
באדיבות ויקיפדיה
· נוגה – עדיין חמה – מעט מכתשי פגיעה. פעילות געשית עזה, ופני השטח מכוסים לבה (גילם הממוצע 0.7 מיליארד שנים).
· כדור הארץ – עדיין חם – מעט מכתשי פגיעה. הרי געש פעילים וטקטוניקת לוחות (גילו הממוצע של הקרום 400 מיליון שנה; הקרום האוקייני צעיר מ-200 מיליון שנה, והיבשות עתיקות בהרבה).
הכלל שלפיו פלנטות גדולות נשארות חמות זמן רב יותר אינו קשור כלל לחום השמש המגיע אל הפלנטה מבחוץ. השמש היא מקור חום דומיננטי רק עבור המטר העליון של פני שטח הפלנטה; שכבה זו מתחממת ביום ומתקררת בלילה. חום השמש אינו חודר יותר מטרים ספורים לתוך כדור הארץ. כידוע, האוויר בתוך מערה נשאר באותה טמפרטורה כל שעות היום, ואפילו לאורך כל השנה, כי שכבות הסלע שמסביבו מבודדות את המערה. בדומה לכך, החלק הפנימי של הפלנטה מבודד. החום בתוך פלנטה, המתיך סלעים ויוצר לבה וולקנית, מגיע כמעט כולו ממקורות החום בתוך הפלנטה עצמה, לא מן השמש (למרות שהיסודות הרדיואקטיביים המייצרים את החום נוצרו בעבר במהלך התפוצצויות כוכבים הנקראות סופרנובה).
כדי שיהיה חום פנימי משמעותי, פלנטה חייבת להיות גדולה מספיק, כדי שיהיה בקרבה די חומר רדיואקטיבי, וכדי שתוכל לספק בידוד השומר על החום הנוצר בתוכה. לאסטרואידים קטנים, למשל, אין די חום פנימי כדי להיות פעילים מבחינה גיאולוגית. עם זאת, קיים מקור אנרגיה אשר השפיע על כל הפלנטות, ללא קשר לגודלן. זמן קצר לאחר שנוצרו, כל אחת מהפלנטות התחממה חלקית על ידי אינספור פלנטזימלים (planetesimals) שהתרסקו לתוכה. היה זה חומר שנותר מהיווצרות מערכת השמש, והאנרגיה הקינטית של גופים אלה הפכה לאנרגיה תרמית כתוצאה מהתנגשות עם הפלנטה. תופעה זו מסבירה מדוע אנו מוצאים מטאוריטים שמקורם באסטרואידים לא-ממוינים, ושעברו שינוי בהשפעת חום – האסטרואיד שממנו באו לא היה גדול מספיק כדי להיות מותך כולו, אך פגיעות התיכו חלקים מפני השטח שלו.
מקור נוסף לאנרגיה תרמית, שאינו תלוי בגודל הפלנטה, הוא חימום גאותי. ירחו הקרוב של צדק איו (Io) הוא הגוף הפעיל ביותר מבחינה גיאולוגית במערכת השמש, וגודלו בערך כגודל הירח של כדור הארץ. הוא קטן מכדי שיהיה בו חימום רדיואקטיבי משמעותי. במקום זאת, כוח הכובד המאסיבי של צדק מפעיל מאמצים עצומים על החלק הפנימי של איו. החיכוך הנוצר מחמם את איו מבפנים.
→ הסעיף הקודם: 5.5 קביעת גיל הירח והארץ | הסעיף הבא: 5.7 מבנה פנימי של הארץ והירח ←