פניטנטס באנדים: יער החרבות הקפוא שהשמש מפסלת בגובה רב
ב-22 במרץ 1835 צעד צ'ארלס דרווין, חוקר טבע בריטי שהפליג סביב העולם באונייה "ביגל", מסנטיאגו שבצ'ילה אל העיר מנדוסה שבארגנטינה. סמוך למעבר פיוקנס בהרי האנדים הוא נאלץ לדחוק את דרכו בין שדות שלג משונים. את מה שראה תיאר כך: "מסות קפואות, במהלך תהליך הפשרה, הפכו בחלקים מסוימים לצריחים או לעמודים, ומאחר שהיו גבוהים וצמודים זה לזה, היה קשה לפרדות המטען לעבור." זה היה התיאור המדעי הראשון של התופעה, והוא פורסם ב-1839.
שמם של הצריחים הוא פניטנטס, בספרדית "המתחרטים". אלה להבי שלג או קרח קשוח, דקים ומוארכים, שעומדים צפופים זה לצד זה וכולם מופנים לכיוון השמש. גובהם נע מכמה סנטימטרים ועד יותר מחמישה מטרים. בחצי הכדור הדרומי הם נוטים מעט צפונה, בערך בזווית שבה השמש עומדת בצהריים, ודפנותיהם מסודרות בערך ממזרח למערב. המראה מזכיר המון אנשים עטופים בטליתות לבנות.
הם גדלים מעל גובה של 4,000 מטר באנדים היבשים, וככל שמתקרבים לקו המשווה צריך לעלות גבוה יותר: הגבול התחתון עומד על 3,000 מטר בקו רוחב 50 צפונה ועל 5,300 מטר בקו המשווה. מי שנאלץ לחצות את שדות הקרח האלה לא נהנה. מטפסים על האקונקגואה, ההר הגבוה באנדים, התקדמו בין הצריחים לאט, וסוון וונטוורת' התלונן ב-1940 שקוצי שלג בהר מאונה קיאה שבהוואי מנעו ממנו גלישה על מזחלת.
אז איך שמש וקרח מצליחים לפסל דבר כזה? התשובה מתחילה במילה אחת.
סובלימציה: איך השמש מפסלת שלג
המילה שמסבירה את ההתחלה היא סובלימציה: מעבר ישיר של שלג לאדי מים, בלי להפוך קודם לנוזל. אולי זה מזכיר כביסה שקפאה על החבל בחורף, ובכל זאת התייבשה. באוויר קר ויבש ובקרינת שמש עזה, השלג כמעט אינו נמס. הוא מתאדה. תחילה נוצר שקע קטן כלשהו, ודפנותיו משקפות את אור השמש כלפי מטה. האור "נלכד" בתחתית, התחתית מתאדה מהר יותר, השקע מעמיק ולוכד עוד אור. זהו מעגל שמזין את עצמו: ככל שהשקע עמוק יותר, הוא מעמיק מהר יותר. הרוחות החזקות של הרי האנדים אינן אשמות בכך, אף שהאמונה ההפוכה רווחת שם עד היום.
אלא שהסיפור לא נגמר כאן. מדוע הקוצים נשארים גבוהים והשקעים נשארים עמוקים? ב-1954 פרסם לואי ליבוטרי, חוקר קרחונים שחקר את האנדים, מאמר שהוסיף מרכיב חשוב. הוא הצביע על פער באנרגיה: להמסת גרם קרח דרושים 335 יחידות אנרגיה, להתאדותו 2,838, פי 8.5 יותר. כלומר, להפוך קרח לאדים עולה הרבה יותר "דלק" מאשר להמיס אותו. בראשי הלהבים האוויר יבש וקר, ולכן הם כמעט אינם מאבדים מסה. בין הלהבים האוויר עומד ולח, ההתאדות נעצרת, וכל האנרגיה של השמש הולכת להמסה.
ליבוטרי מדד זאת בעצמו: אחר צהריים בנובמבר, בגובה 3,500 מטר, קוצים בגובה חצי מטר היו קשים ויבשים בטמפרטורה של מינוס 5 מעלות, ואילו בשקעים שביניהם השלג היה רטוב, ו-14% ממנו היו מים נוזליים. סטיבן וורן, חוקר אטמוספירה מאוניברסיטת וושינגטון, הגן על ליבוטרי במכתב שפרסם ב-2023 וטען שמודלים רבים מתעלמים מההמסה. לדבריו, זה מסביר גם באילו גבהים הלהבים מופיעים: מתחת ל-4,000 מטר ההמסה כוללת את כל המשטח ויוצרת חורים עגולים, ומעל 5,200 מטר קר מדי, והמשטח כמעט שטוח.
שימו לב לתמונה: בראש הקוץ הכול יבש וקשה, ובתוך השקע רטוב ורך, והשמש היא אותה שמש. אותו אור עושה שני דברים שונים לגמרי, ויחד הם בונים יער. קשה שלא להתרגש מהסדר העדין הזה שמתחבא בתוך שלג, ולומר "מה רבו מעשיך ה׳".
מהמעבדה ועד פלוטו: פניטנטס בחלל
ולמה המרווחים בין הלהבים כל כך סדירים? צוות צרפתי הראה ב-2015, במאמר בכתב עת לפיזיקה, שהגורם הוא האדים שמתפזרים באוויר והאוויר שמתערבל מעל הקרח, ולא רק החזרות אור. ב-2024 בדקו זאת חוקרים ממעבדת ההנעה הסילונית של נאס"א בפסדינה, ובהם קווין הנד. הם האירו גוש קרח בעובי 8-10 ס״מ בתא ואקום, כלומר תא שנשאב ממנו האוויר, ונוצרו בו פניטנטס זעירים במרווח של כ-8 מ״מ. הם הופיעו רק בלחץ נמוך מ-612 פסקל, לחץ נמוך מאוד שמתחתיו מים נוזליים אינם יכולים להתקיים. כשהלחץ עלה, נשאר בור חלק.
למה נאס"א מתעניינת בכך? בגלל אירופה, ירח של צדק שמתחת לקרחו מסתתר אוקיינוס עמוק. ב-2018 הובלי ועמיתיו חזו שיהיו שם להבים בגובה של עד 15 מטרים באזורים הקרובים לקו המשווה של הירח, וזה הדאיג את מתכנני הנחתת. ב-2020 קבעו הנד וחבריו שהיווצרות כזאת אינה סבירה, כי אין שם אטמוספירה שתעכב את בריחת האדים. וורן הוסיף בדיקה: בקרחון טאפאדו שבצ'ילה, בהרי האנדים, הורידו הפניטנטס את שיעור האור המוחזר מ-0.64 ל-0.32ֿ כשהמספר 1 מייצג החזרה מלאה של כל האור, ואילו באירופה הוא 0.72. מסקנתו: האזורים הקרובים לקו המשווה של הירח כנראה חלקים.
בפלוטו התמונה פתוחה יותר. החללית ניו הורייזנס, צילמה ב-2015 רכסים ארוכים באחד מאזוריו, ומחקר מ-2017 הציע שמדובר בפניטנטס של קרח מתאן, גז שבקור של פלוטו קופא והופך לקרח, בגובה מאות מטרים. וורן מפקפק. המרווח בין הרכסים הוא 3-7 ק״מ, ויחס הגובה למרווח נמוך פי 10 עד 100 מזה שבאנדים, כלומר הם שטוחים ורחבים בהרבה. לכן הוא מעדיף לקרוא להם "גבעות מתגלגלות".
ובחזרה לאדמה: בין הלהבים הלבנים מסתתרים כתמים אדומים. מחקר מ-2018 של לארה וימרקטי זיהה בהם אצות מיקרוסקופיות מהסוגים כלמידומונס וכלורומונס, הדומות לאלה שבאזורי הקטבים. את הצבע נותן קרוטנואיד, חומר צבע טבעי שצובע גם פלמינגו, וכנראה מגן על האצות מהקרינה הקשה. מאט דייווי, מומחה לאצות, משער שהן הגיעו עם הרוח או עם בעלי חיים. ומכיוון שהקרח נמס לאט מאוד, די במעט מים מתמידים כדי שהן יגדלו.
תגובות
היו הראשונים להגיב!