פיתולי נהרות: על תעלומת הנפתולים

כבר לפני 2,400 שנה הביעו היוונים את פליאתם על כך שהנהרות הזורמים אל הים נוטים להתעקל בפיתולים מסובכים, ולא מחליקים סתם כך בקו ישר ובדרך הקצרה ("כי דרך שתי נקודות עובר רק קו ישר אחד!)". הם קראו לפיתולים "מיאנדרים", על שם הנהר מיאנדר (כיום מנדרס) שבאסיה הקטנה, תורכיה, שנודע בנפתוליו הרבים. מאז תהו חוקרים רבים על הצורה המוזרה והלא-הגיונית, כביכול, שבה בוחרים הנהרות להתקדם. תיאוריות חדשות צצו והחליפו את קודמותיהן. התשובה לחידה זו לא ברורה גם היום, על אף שמדע הגיאומורפולוגיה, העוסק בתיאור צורת פני כדור הארץ, הולך ומתיישן ונחשב בקהילה האקדמית כמדע ש"מיצה את עצמו".

ההסבר הפשוט והאינטואיטיבי היה שכל נחל או נהר זורם הישר לים או למקום נמוך, אבל בתנאי שטח משתנים הוא מפלס את דרכו, כלומר עוקף הרים גבוהים או שכבות קשות יותר של סלע. אך עד מהרה התברר כי רוב הנפתולים אינם קשורים בסוג הסלע או הקרקע באזור. יתרה מזו, הם נמצאים בתנועה מתמדת, משנים את מיקומם ללא הרף, מתחברים ביניהם, נפרדים, הולכים וגדלים, מתקדמים עם כיוון הזרימה או נעזבים על ידי הנהר ומתייבשים. תנאי שטח משתנים "מקלקלים" את השרטוט המתמטי של העקומה הסינוסית (הגלית) היפה, וגורמים למה שהגיאומורפולוג פרופ' יצחק שטנר כינה "נפתולים מופרעים". בניסויים שנעשו בתנאי מעבדה הוזרמו מים על גבי משטחים עם שכבת קרקע בעלת שיפוע מתון. הניסויים הוכיחו שההתפתלות מקורה בהתנהגות המים עצמם.

הנפתולים אינם קשורים בסוג הסלע או הקרקע באזור. יתרה מזו, הם נמצאים בתנועה מתמדת, משנים את מיקומם ללא הרף, מתחברים ביניהם, נפרדים, הולכים וגדלים, מתקדמים עם כיוון הזרימה או נעזבים על ידי הנהר ומתייבשים

מחול מטורף

רבים מאלה הנוסעים יום יום בנתיבי איילון בתל אביב תמהים ודאי על כך שהנתיבים כה "עקומים". נחל איילון, עליו השלום, הכתיב כאן נתיב מפותל (עוד לפני שהיו קיימים השטחים הבנויים…), ועל אף מאמציהם של בני האנוש ליישר את הקו נשאר הכביש המהיר והחדיש מפותל בצורה עיקשת. והרי ברור שהנחל לא עקף כאן הרים וגבעות וגם לא סוגי סלע וקרקע קשים; הוא מתפתל מסיבות אחרות לגמרי.

מסילת הרכבת לירושלים עוברת בשפלת החוף בנתיב ישר למדי. ליד בית שמש היא חודרת לתחום ההר, בתוך תוואי נחל שורק. כאן מתחילה המסילה במחול מטורף: היא פונה ימינה ושמאלה בפיתולים ענקיים, עד כי נראה שהנחל איבד את דרכו. קוטרם של אחדים מהנפתולים מגיע למספר קילומטרים. תוואי המסילה ממשיך בתוך נפתולי נחל רפאים ויוצא מהם מדרום לירושלים. אורך הקטע בין בית שמש לבין הכניסה לירושלים בקו ישר הוא כ-17 קילומטרים, ואילו אורך המסילה הנכנעת לנפתולים – 30! זוהי צורה שונה, מורכבת יותר של נפתולי נחל. הם אינם חופשיים כמו זה של נהר הירדן למשל, ולא משנים את מיקומם אלא מעומקים בתוך הסלע כדי מאות מטרים. הם נקראים בשם הכולל "נפתולים חרותים" (INCISED MEANDERS). הנפתולים החרותים ירשו מאחיהם החופשיים את הקושי להבינם, חרתו אותם היטב בסלע, העמיקו וסיבכו אותם לחלוטין. נפתוליהם החרותים של נחל רפאים ונחל שורק מייצגים מקרה תמוה של נפתולים ענקיים של נחל שכיום זורם בו ביוב מעורב במי קולחין, וגם בעבר הנראה לעין לא היה כנראה נהר גדול אמיתי. נחזור אליהם בהמשך.

לולאה וסוס מת

מתחילת הלימוד וההתעמקות בנושא הנפתולים משכו את תשומת לבי הנהרות האדירים הזורמים במדבריות יוטה בארצות הברית. מתצפית "הסוס המת" לא הרחק מהעיירה מואב, אפשר היה לחוש בניגוד הגמור בין הרמה המדברית הצחיחה ובין נהר הקולורדו השוצף למטה. אחד הנפתולים היפים ביותר בעולם הסתובב שם והיתווה עקומה עקלתונית מושלמת. היתה זו שעת שקיעה, והאנשים המעטים בתצפית הלכו בדומייה, כמשתדלים שלא להפר את אווירת הקדושה של המקום. אייל קל רגליים קיפץ בין הסלעים. זהו פתחו של פארק קניונלנדס ("ארץ הקניונים"), ומכאן ממשיך הקולורדו לחרות נפתולים עמוק מאוד בסלעי הגיר ואבן החול קילומטרים רבים דרומה.

המשכנו בדרך העפר כשעתיים במורד הנהר, לתוך לב הפארק לחפש נפתולים. "מה יש לעשות שם?", תהה הריינג'ר המנומנם בצריף השכוח כששאלנו אותו על הדרך ל"לופ" (לולאה). רצינו להגיע לתצפית על "השמינייה" הגדולה של הקולורדו, כעשרה מיילים דרומה משם. רצינו, אבל לא הצלחנו: ה"לופ" היה עמוק מדי וגדול מדי, וניתן היה לראות אותו רק מהאוויר. לא וויתרנו. למחרת המראנו מהמנחת הקטן שליד פארק הקשתות בדרכנו לנפתולי הקולורדו. הטייס הקשוח עשה כמה לולאות באוויר מעל ה"דד הורס פוינט", ובעוד קיבתנו מתהפכת הסכים לבקשתנו להמשיך לכיוון ה"לופ".

אחד ההסברים להיווצרותם של הנפתולים החרותים הוא "התחדשות", וזה כנראה מה שיצר את עקלתוני הקולורדו: קודם היה נהר שהתפתל בצורה חופשית, בשלב מסוים נוצר שינוי בבסיס הסחיפה, למשל ירידה פתאומית במפלס הים. בשפך הנהר נוצרו אשדות שחתרו אחורנית במעלה הנהר, וחרתו למעשה את התוואי עמוק לתוך הסלע. נפתולים שנתוני השטח איפשרו להם להשתנות, לגדול ולהיעלם הפכו לעובדה מוגמרת וסופית.

אפשרות דומה היא שכל האיזור הורם לפתע על ידי כוחות פנימיים. למהירות ירידת בסיס הסחיפה או עליית האיזור השפעה חשובה על צורת הקניון שנוצר. ובמקרה של הקולורדו התרחש הכל במהירות גבוהה מאוד, ועל כן הנהר חרות עמוק וסימטרי. התעלומה שבעינה עומדת היא: מדוע מתחילים הנפתולים עצמם להתפתל?

ה"לופ" של נהר הקולורדו בצילום לוויין של גוגל:

נפתול חופשי

כפי שהזכרנו קודם, נראה כי התקדמותם הסיבובית של המים הזורמים היא מתכונות היסוד שלהם. כך קורה שהמים והטעונת (החומרים שסוחף הנהר) מסתובבים בצורת בורג, ומוטלים פעם על גדה אחת ובהמשך על השנייה. כך, כפי הנראה, מתחילה תנועת ההתפתלות של הנהרות: הפיתולים הקטנים הולכים וגדלים בשל הכוחות הצנטריפוגליים המתפתחים, וכל עקמומית כזו מתרחבת ומתעצמת עם זרימת המים. אפשר שגם לכוח קוריוליס, אותו "כוח" הנובע מסיבוב כדור הארץ סביב צירו, והגורם לכל תנועה סטייה ימינה בחצי הכדור הצפוני ושמאלה בחצי הכדור הדרומי, יד בגרימת הסטייה הראשונית של הזרם.

ההתפתלות אינה מיוחדת לנהרות בלבד. זרם הגולף החם, העושה את דרכו באוקיינוס האטלנטי, מתפתל ומסתעף כאילו נע בין גדות ממשיות; זרמי אוויר מתפתלים ומשאירים עקבות עקלתוניים בחולות המדבר; גם זרמי מים על גבי קרחונים מציירים לעיתים נפתולים יפים ועלומים, המועתקים במקרים מסוימים אל המצע הסלעי.

הזרימה הזו גרמה אי שקט לכמה גיאופיסיקאים, גיאומורפולוגים ופילוסופים. ב-1965 פירסם הפילוסוף תיאודור שוונק ספר קטן ומוזר. הוא מילא אותו בתצלומים ובשרטוטים של צורות זורמות וטבעיות, כששיקולי העריכה היו בעיקר אמנותיים. יותר מכל היה זה ספר על מים. שוונק ניסה למצוא עיקרון אוניברסלי להתפתלות: הוא לא האמין בצירופי מקרים. "הזרימה רוצה להגשים את עצמה, בהתעלם מן החומר הסובב אותה". הוא הניח כי התמונה של סיבים השזורים יחדיו בסליל תהיה מדויקת רק בהתייחס לתנועה הממשית עצמה. "אלה הם משטחים שלמים, שזורים זה בזה וזורמים זה על פני זה". הוא ראה בגלים מקצבים מתחרים. אי היציבות מלמדת לדעתו כי הזרם נלחם באי שוויון בתוך עצמו. (עבודתו של שוונק נזכרת גם בספרו המדהים של ג'יימס גליק, "כאוס").

צוואר האווז

בדרך לאריזונה חיפשנו נהר אחר, סן חואן. השמות הפכו ספרדיים, כמבשרים על קרבת הגבול המכסיקאי. על המפה זיהיתי תופעה נדירה: אחד מנפתולי הנהר נראה עזוב, כלומר הנהר הצליח לפרוץ פירצה בצוואר הנפתול ולקצר את הדרך. בנפתולים חופשיים התופעה מוכרת, שכן קל לנהר לחתוך את צוואר הנפתול; אך בנפתולים חרותים, כמו אלה של סן חואן זו תופעה נדירה. השארנו את הרכב על דרך העפר והמשכנו ברגל לתצפית על הנפתול החרות העזוב. ואכן, הוא היה שם למטה, בודד וגלמוד, מתרפק על עברו: נהר אדיר מילא אותו פעם מים, השתמש בו, הישקה את גדותיו והפיח בו חיים. שיטפון גדול, או אירוע קטסטרופלי אחר, גרם כנראה לפירצה והשאיר את הפיתול ללא תכלית.

כמה קילומטרים דרומה משם הגענו ל"צוואר האווז" של אותו נהר. עלינו ברגל לתצפית, ושיפשפנו את העיניים: העולם היה מלא בנפתולים. מאופק לאופק השתולל הסן חואן בנפתולים חרותים מטורפים. קשה היה להחליט לאן להסתכל. על שלט אבן סמוך היה כתוב: "כ-350 מטר מתחתיך נמצא נהר הסן חואן, שנשפך בעבר לקולורדו וכיום לאגם פאוול המלאכותי… הדבר הזה נקרא צוואר האווז הגדול של הסן חואן. גיאולוגים סבורים שמקום זה מהווה את אחת הדוגמאות המצוינות בעולם של נפתולים חרותים…".

העולם היה מלא בנפתולים". תצפית לצוואר האווז של סן חואן בדרום יוטה

"צוואר האווז" בצילום לוויין של גוגל:

לפני הבקע הגדול

גודל נפתול נקבע על ידי כמה גורמים, ביניהם שיפוע המדרון וסוג הסלע, אולם הגורם הדומיננטי הוא הספיקה, כלומר כמות המים הזורמת בנחל. יש אפילו נוסחה הקובעת איך משפיעה כמות המים על אורך גל הנפתול, אולם, נחל רפאים בהרי ירושלים, והמשכו נחל שורק, יבשים ברוב ימות השנה ממים טבעיים. גם אם האקלים היה גשום יותר בעבר הגיאולוגי, שטח אגן הניקוז שלהם קטן מכדי ליצור את הנפתולים הענקיים שגם הקולורדו לא היה מתבייש בהם.

בשנות החמישים העלו כמה חוקרים מהאוניברסיטה העברית את הרעיון, שעבר הירדן המזרחי נודד יחד עם כל הלוח הערבי בתהליך "נדידת היבשות", ונע צפונה יחסית לעבר הירדן המערבי. אפשר שקיימים נחלים שזרמו בעבר הגיאולוגי מעבר הירדן המזרחי (לפני היות הבקע, כמובן) אל הים התיכון. התבוננות במפה מזהה כמה נחלים גדולים בעבר הירדן ה"מוסטים" צפונה מנחלים גדולים בצד המערבי. האם ואדי זרקא, הוא נחל יבוק, עתיר המים, זרם בעבר אל נחל רפאים וגרם לו לנפתולים העצומים?

יש היגיון רב בטענה שנחל רפאים-שורק היה בעצם הילכו התחתון של נחל ארוך שתחילתו בעבר הירדן המזרחי. החלק התחתון היה בעל שיפוע מתון ביותר, והיתה בו אולי זרימה קבועה, שכן אלו התנאים להתפתחות נפתולים חופשיים. עם התרוממותם האיטית של הרי יהודה החל קטע זה של הנחל להתעמק, כשהוא לא חורג מדגם הנפתולים החופשיים המקורי שלו, וכך יצר את הנפתולים החרותים.

הקשר של נחל שורק לנחל מעבר הירדן המזרחי מתבקש גם בשל הממדים הענקיים של עמק הנחל, שהם בלי שום פרופורציה לשטח אגן ההיקוות הנוכחי ולמשטר המשקעים של ימינו. במלים פשוטות: רק נחל שהתחיל בעבר הירדן המזרחי, והיה ארוך פי שלושה בערך מהשורק הנוכחי, זקוק לחתך עמק כה גדול כדי להעביר את מימיו דרכו. גיאולוגים רבים לא יקבלו אמנם את הסברה הזו, אולם אי ודאות היא מאבני היסוד של הגיאולוגיה.

צילום לוויין מגוגל של נפתולי נחל שורק בהרי ירושלים: