1. פוטנציאל הסעת רחופת על ידי הנחלים ירקון ואילון
במסגרת הקורס:
"פרויקט מחקר בגיאולוגיה "
מציגה: ג'נט יחזקאל
בהנחיית: מנחה מלווה:
דר' עמיר סנדלר דר' נורית גולדמן המכון הגיאולוגי מדעי הטבע וחיים
ירושלים האוניברסיטה הפתוחה
מרכזת הקורס: דר' ענת ברנע

2. על פרויקט המחקר
המחקר התבצע במסגרת הקורס "פרויקט מחקר בגיאולוגיה" ומשתלב במחקר קיים המתנהל זה שנתיים.
נושא המחקר הנו "פוטנציאל הסעת רחופת על ידי נחלי החוף והשפעתה על מדף היבשת", בתחום: גאומורפולוגיה נחלית והערכת סיכונים סביבתיים.
המחקר נערך על ידי החוקרים:
דר' עמיר סנדלר – המכון הגיאולוגי בירושלים.
דר' נעם גרינבאום – אוניברסיטת חיפה.
דר' ברק חרות – המכון לחקר הימים והאגמים לישראל.

3. מטרות עבודת הקורס מטרות הקורס:
במסגרת הקורס, מתמקדת העבודה בנחלים ירקון ואילון, בהיבטים המינרלוגים – סדימנטולוגים וההידרולוגים, על מנת לעמוד על ההשלכות של משטר הזרימה על מאסף המינרלים של רחופת הנחלים בזרימה שטפונית ובזרימת בסיס.
מטרות הקורס:
הכרת שיטות הדיגום של רחופת נחלים ויישומן.
קביעת ההרכב המינרלוגי והכימי של רחופת נחלים: ירקון ואילון.
השוואה בין מדידות רום המים לבין ריכוז הרחופת בנחלים.
הצעה לאיתור מקורות הסחף בהתבסס על התוצאות המינרלוגיות והכימיות.

4. רקע גיאולוגי גאומורפולוגי
ההידרולוגיה של הנחלים
הנחלים ירקון ואילון הנם נחלים גדולים הזורמים במרכז הארץ (אילון- נחל שיטפוני והנו אפיק ראשי של נחל הירקון הרב שנתי, המתחבר אליו בקטע צר מאוד בואך אל הים).
תוואי הנחלים ויובליהם עוברים בשני אזורים גיאומורפולוגים עיקריים: ההר והמישור.
גודלו של אגן הניקוז המשותף הנחלים ירקון ואילון הנו 1804 קמ"ר.
הנחלים ניזונים בעיקר ממי נגר הגשמים הנוצרים במעלה תחום ההתנקזות (בן צבי וחובריו, 1995).

5. תחום התנקזות נחלי הירקון ואילון

6. הנפח הממוצע של הנגר הישיר הזורם אל הים הוא כ 30 מלמ"ק לשנה.
ההידרולוגיה של הנחלים - המשך
בעבר זרמו בירקון כ 220 מלמ"ק (מליון מ"ק) לשנה של מי מעיינות ראש העין, בשפיעה כמעט קבועה של 7 מ"ק לשנייה.
ביובלי הירקון ויובלי נחל אילון זרמו מי נגר גשמים ישיר בנפחים של שבין 0.2 מלמ"ק לשנה בשנת 1959/60 לבין כ 300 מלמ"ק לשנה בשנת 1991/92.
הנפח הממוצע של הנגר הישיר הזורם אל הים הוא כ 30 מלמ"ק לשנה.
מניתוחים סטטיסטיים עולה כי עיקר הנגר נוצר במישור החוף בייחוד על פני קרקעות המכילות חרסית.
נפח הנגר הוא בממוצע כ 2% מנפח הגשם היורד באזור ההר וקרוב ל 4% בכל תחום ההתנקזות של הנחלים יחד (בן צבי וחובריו, 1995).

7. הגיאולוגיה והקרקעות באגן ההיקוות של הנחלים
אגני ההיקוות של הירקון ואילון נחלקים:
לאזור מישור החוף, שרוחבו כ 20 קילומטר.
ולאזור ההרים, עד פרשת המים הארצית בין הים התיכון והירדן, ברוחב של קילומטר.

8. קטע ממפת קרקעות ישראל ועליה תחום אגן הניקוז

9. במישור החוף
ניתן להבחין בשרשרת גבעות המקבילות לקו חוף הים, אלה נוצרו על ידי כמה טרנסגרסיות (הצפות) ורגרסיות (נסיגות הים) במהלך תקופת הפלייסטוקן (2 מיליון השנים האחרונות).
כל הצפה הותירה רצועת חולות, בדומה לחולות החוף של היום. על גבי חולות אלו התפתחו קרקעות המכילות תרומה איאולית .

10. במישור החוף - קרקעות
הרצועה הקרובה לים היא רצועת החולות הרצנטים, ומהווה שטח עירוני בנוי.
ממזרח לחגורת החולות נחשפת רצועה של קרקעות החמרה, מצטיינת בצבעים חום בהיר עד אדום עז.
על הגבעות ברצועת החמרה ישנם שטחים קטנים של פרה-רנדזינה חולית, ועליה נמצאים האזורים הבנויים.
ממזרח לגבעות החמרה משתרעת בקעה ברוחב משתנה עם קרקעות גרומוסול עד למרגלות ההרים. וממנה יוצאות שתי שלוחות, האחת לכיוון מערב, לאורך הנחלים ירקון ואילון, והאחרת עולה לאורך אילון אל בין ההרים (עמק אילון).

11. אזור ההרים - קרקעות
אזור ההרים מצטיין בחילופין של סלעים שונים ועליהם מתפתח מגוון קרקעות:
על גבי סלע גיר קשה ודולומיט מתקופת הקנומן והטורון, נוצרות באזור זה קרקעות טרה רוסה קרקע חרסיתית שצבעה חום-אדום.
על גבי סלע קירטון קשה ונארי של תצורת מנוחה מוצאים קרקע רנדזינה כהה, צבעה חום כהה.
על גבי סלעי קירטון רך וחוואר של תצורת ע'רב נוצרת רנדזינה בהירה, בצבע חום בהיר עד אפור.
על גב ההר במישורים מופיעים שוב שטחים קטנים של גרומוסול.

12. רחופת גודלם נע בין חומר גס (בולדרים וחלוקים) ועד חומר דק מאוד (רחופת).
טעונת הסדימנטים מורכבת ממגון תוצרי בליה של המסלע בהתאם לתנאי הבליה האזוריים.
גודלם נע בין חומר גס (בולדרים וחלוקים) ועד חומר דק מאוד (רחופת).
רחופת מוגדרת כסחף דק גרגר הקטן מ 63 מיקרון הנישא בעמודת המים.
סדימנטים נסחפים לאפיק על ידי הנחל עצמו עקב כירסום גדות, התחתרות הנחל בתשתית ותרומת מדרונות (Evans, 1997).

13. הרכב מינרלוגי של טעונת
בתהליכי בליה של סלעים מגמטיים מתמשכים מתפרקים הפלדספר והמיקה לחרסית ונותרים בעיקר גרגרי קוורץ העמידים. סלעים קרבונטיים מתמוססים.
בהובלה מימית ו/או על ידי הרוח כל המינרלים עוברים מיון והפרדה על פי גודלם לחול, סילט ולחרסית.
מינרלי חרסית נפוצים: קאוליניט, איליט, מונטמורילוניט-סמקטיט ושכבות מעורבות I/S .
מבדיקות סחף הנחלים אלכסנדר וקישון (וכטמן, 2003), נמצא כי הסחף מורכב מגרגרי קוורץ, בגודל חול וסילט ומינרלי חרסית.

14. הרכב מינרלוגי של הרחופת
אבק איאולי - האבק האיאולי תורם את מירב החומר הדק של הקרקעות הרצנטיות (הולוקן).
ממחקרים שונים על ההרכב המינרלוגי של האבק בארץ עולה, כי האבק ברובו סילטי (קלציט, ודולומיט, קוורץ, פלדספר ומעט הליט) וחרסיתי (מונטמורילוניט ושכבות מעורבות של סמקטיט/איליט-I/S)
(Ganor and Mamane, 1982; Ganor, 1991; Stanley et al., 1997)
קרקעות חמרה - תרומה נוספת אפשרית לסחף הנחלים הנה מקרקעות החמרה.
הקרקע מורכבת בעיקר מקוורץ מינרלי חרסית ותחמוצות ברזל. מבין מינרלי החרסית המצויים בקרקעות החמרה שולט המונטמורילוניט בכל האופקים וקאוליניט משני. קלציט מופיע באופקים Bו-C.
המצאות תחמוצות הברזל המטיט וגאוטיט מקנות לקרקעות החמרה את צבען החום-אדום (רביקוביץ, 1981).

15. אירוזיה והובלה בנחלים צורות האירוזיה
אירוזיה – מתרחשת בקרקעית האפיק הסלעית, בקרקעית הבלתי מלוכדת של האפיק, בדפנות האפיק ובאזורים הסמוכים לאפיק (פשט ההצפה, בזמן הצפה).
צורות האירוזיה
פעולה הידראולית (hydraulic action) – בשל השפעת המים הזורמים, דחיפת חלקיקים והנעתם בשל שינויי לחצים.
אברזיה (abrasion) – גרירת חלקיקים הפוגעת בקרקעית על ידי יצירת חריצים המקבילים על הקרקעית (grooves) שכיוונם בכיוון הזרימה.
שיחוק (attrition) – שחיקת החלקיקים בשל התנגשותם זה בזה כתלות בליתולוגיה, זמן שהות במים ומרחק הובלה. בעוד שחלקיקי הגרופת מתעגלים, החול נותר מזוות.
המסה (dissolution) – שכיח בקרבונטים.

16. הובלה - Capacity – הטעונת המכסימלית שהנחל יכול לשאת קשורה בספיקה, בשיפוע ובאופי הטעונת. כאשר העלייה בטעונת מורידה את אנרגיית הזרימה. ככל שהיחס בין רוחב האפיק לעומקו גדול יותר, הנחל נושא יותר טעונת. כלומר, באפיק רחב ורדוד תהיה טעונת רבה יותר למרות שפיזור הזרימה פירושו הקטנת המהירות).
אופי ההובלה - קשור במידה רבה במהירות הזרימה. כללית, עליה במהירות מאפשרת הסעת חומר גס יותר. לשם ניתוק החרסיות דרושה מהירות גבוהה יחסית וזאת בשל כוחות קוהזיה בין החלקיקים (Allen, 1985).

17. תאור מהירויות זרימה ממוצעות הנחוצות לסחיפה,
תרשים Hjulström
תאור מהירויות זרימה ממוצעות הנחוצות לסחיפה,
הסעה והשקעת חלקיקים בגדלים שונים

18. שיטות שדה ומכשור דיגום – שיטות שדה
דיגום הנחלים התבצע באירועים שיטפוניים ובזרימת בסיס, באמצעות שליית מים בדלי מגשר (השיטה הנוחה ביותר לדיגום מגבוה) מתוך הזרם (עומק 20 ס"מ), במורד הנחל בסמוך לתחנה הידרומטרית.
אופן הדיגום
הדיגום בוצע מגשר בנקודה קבועה (מרכז אפיק) על ידי דלי בנפח של כעשרה ליטרים (נקדחו חורים בגובה שווה ערך לכחמישה ליטרים), המחובר לחבל מדידה, הורדת הדלי עד לגובה פני המים לשם מדידת הגובה (מהגשר) וחישוב גובה רום המים. אחר מילוי הדלי במי הנחל השוצפים (בזמן שיטפון), עורבב התרחיף ונמזג אל בקבוקים של 1.5 ליטר. הכמות שנאספה נקבעה בהתאם לעכירות המים: 1.5 ליטר של מים עכורים או 3 ליטרים כשמי הנחל היו צלולים.
קצב הדיגום
הקצב השתנה בין תקופות הגשם לתקופות אחרות. באירועים שיטפוניים הדיגום תכוף ותלוי בכמות הגשמים ומשכם. הדיגומים נחלקו לדיגום יומיומי בזמן גשם שבוצע 3-4 פעמים ביום, דיגום פעם ביומיים/שלושה בעת הפסקת גשם וירידת מפלס המים ודיגום שבועי של זרימות בסיס.
תקופת הדיגום
כללה את הארועים השיטפוניים האחרונים של חורף 03/04, בתקופה –

19. נחל ירקון – גשר מבצע קדש

20. נחל אילון – שכונת עזרא, סכר שתולים

21. קטע הנחל (אילון) - לפני סוללת העפר סכר שתולים

22. נחל אילון – גשר יחזקאל בן דוד (סמוך למושב חמד).

23. שיטות מעבדה ומכשור הטיפול בדוגמאות כלל חמישה שלבים:
הפרדת המקטע החולי באמצעות נפה.
סינון המקטע הדק בכמויות שונות במכשיר Millipore .
יבוש הפילטרים (עם החומר) ושקילתם.
שטיפת מלחים מסיסים משארית הדוגמא, כתישה ואיחוד דוגמאות קרובות.
הרחפת דוגמאות והפרדת המקטע החרסיתי על פי חוק סטוק לבדיקות XRD .
מיכשור:
דיפרקציה של קרני X שיטה זו מיועדת לזיהוי המינרלים השונים על ידי קבלת דיפרקטוגרמה - רישום החזרות המציינות את המרחק (d) בין מישורי הגיבוש של האטומים בכל מינרל. לכל מינרל סדרת החזרות אופיינית המאפשרת את זיהויו (קביעת הרכב כולל וקביעת מינרלי החרסית).
AES –ICP Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectroscopy
שיטה זו מיועדת לזיהוי כימי של מומסים ונמדדים ריכוזי היסודות השונים.

24. תוצאות ריכוזי הסחף ורום המים
תוצאות ריכוזי הסחף ורום המים
נתוני ריכוזי הסחף ורום המים בנחל הירקון (תחילת המדידות מימין וסיומן בשמאל)

25. תוצאות (המשך) נתוני ריכוזי הסחף ורום המים בנחל אילון
(תחילת המדידות מימין וסיומן בשמאל)

26. תוצאות ההרכב המינרלוגי של המקטע החרסיתי ( %) – נחל ירקון
תוצאות ההרכב המינרלוגי של המקטע החרסיתי ( %) – נחל ירקון
קבוצה
דוגמא
I/S
אוכף
קאוליניט
איליט
קלציט
קוורץ
גאוטיט 2
YR 02-03
80-75
0.87 15
3 >
---
2 >
5 > 4
YR 05
85-90
0.8 10
< 3 7
YR 10-13 90
0.9
< 1
YR 20-22 75 1
15-20 5 ?
< 2 13
YR 29-31
0.97
< 5
YR 35-36 80
10-15 23
YR 54-56
85-80
0.83
1 > 24
YR 57-59 85
0.89
ממוצעים 83
0.92 ~4 ~2 ~1 ~3

27. תוצאות ההרכב המינרלוגי של המקטע החרסיתי ( %) – נחל אילון
תוצאות ההרכב המינרלוגי של המקטע החרסיתי ( %) – נחל אילון
קבוצה
דוגמא
I/S
אוכף
קאוליניט
איליט
קלציט
קוורץ
גאוטיט 2
AL 02d 85
0.57 10
< 5
< 3
< 1 ? 3
AL 03b
85-90
0.62
--- 4
AL 09-12
0.85
5 - 10 8
AL 16-18 90
0.7
AL 22-24
0.79 11
AL 25-28
0.6 12
AL 30-33
0.74
P=?
ממוצעים 88
0.71 9 ~3 ~1

28. תוצאות - הרכב מינרלוגי כולל (Bulk) (%) של המקטע הדק – נחל ירקון
קב'
דוגמא
קוורץ
קלציט
דולומיט
פלדספר
פלגיוקלז
חרסיות
המטיט
הליט 2
YR 02-03
25-30 10 5
45-50
<1
--- 4
YR 05 25
<2
10 - 5
55-60 7
YR 10-13 20
75-80 1
YR 20-22
65-70 + 13
YR 29-31
<5
<4 55 15
YR 35-36
<3 23
YR 54-56 60 24
YR 57-59
30-35
5- 10 40
ממוצעים ~6 ~4 ~7 ~8 59 ~1

29. תוצאות - הרכב מינרלוגי כולל (Bulk) (%) של המקטע הדק – נחל אילון
קבוצה
דוגמא
קוורץ
קלציט
דולומיט
פלדספר
פלגיוקלז
חרסיות
המטיט
הליט 2
AL 02d
30-35 10
<2 15 5
--- 3
AL 03b 40
5 10
<3 30 4
AL 09-12 45 8
AL 16-18 35
10-15
AL 22-24
<4
45-50 11
AL 25-28
25-30
20-25
40-45 12
AL 30-33
10 - 5
ממוצעים ~8 ~3 ~6 38

30. דיון
במסגרת העבודה נדונים הקשרים השונים בין המאפיינים המינרלוגים והכימיים של הרחופת לבין המאפיינים ההידרולוגים של הנחלים.
נכרת התאמה כללית טובה למדי בין רום המים לבין ריכוז הסחף בשני הנחלים למעט אירועים הנובעים ממעשה ידי אדם. ידוע כי שינויים בגובה המים נובעים מירידת משקעים ו/או הפשרת שלגים (ירושלים 16/02/04- 14) שכן רום גבוה מצביע על משקעים מרובים ומהירות זרימה גבוהה יחסית ורום נמוך מצביע על הפוגה בין ארועי הגשם ומהירויות זרימה נמוכות יחסית.

31. דיון - המשך
החריגות בנחל הירקון (דגימות 56, 57) נובעות מהתערבות אנושית (ניקוי הסכר) – בתאריך 31/03/04 (דוגמא 56) רום המים היה 1.25 מ', רשות נחל הירקון פינתה את הסתימה בסכר והמים ירדו במהירות בתוך 10 דקות, לגובה של 0.60 מ'. ירידת המים המואצת גרמה לערבול המים ועליה בריכוז הסחף (דוגמא 57) ל גר'/ליטר האופייני לרום גבוה.
החריגה בנחל אילון (דוגמא 28) נבעה מהקמת סוללת עפר – בתאריך 23/02/04 נצפתה פעילות דחפור מזרחית לנקודת הדיגום שערמה סוללת עפר באפיק שהצרה את אפיק הזרימה ורום המים ירד ל 0.32 מ' וריכוז הסחף לעומת זאת עלה ל 0.31 גר'/ליטר (האופייני לרום גבוה) בשל התרומה מן הסוללה.

32. תרומות עיקריות לסחף שני הנחלים
אבק-מינרלים קרבונטים (קלציט ודולומיט), קוורץ, פלדשפר ומינרלי חרסית (מונטמורילוניט, איליט, קאוליניט ושכבות מעורבות I/S).
כיוון שאגני הניקוז סמוכים זה לזה, קשה להניח שקיימים הבדלים בריכוז האבק ובאופיו בין שני האגנים.
קרקעות חמרה - קוורץ, מינרלי חרסית (מונטמורילוניט וקאוליניט) ותחמוצות ברזל (המטיט וגאוטיט).

33. הבדלים בין שני הנחלים
1. ריכוז הקאוליניט 13% בנחל הירקון לעומת 9% בלבד באילון. מציין ככל הנראה את מקור הסחף. יובלי נחל אילון ואפיקו אינם "דוגמים" במידה ניכרת את קרקעות החמרה ואלו נחל הירקון מנקז במידה רבה יותר את קרקעות החמרה.
כמו כן ייתכן ומתרחשת השקעת חומר בקרקעית המאגר במשמר אילון הממוקם לפני (מזרחית) לנקודת הדיגום בנחל אילון.
2. בנחל אילון לא נמצאו תחמוצות ברזל ואילו בסחף נחל הירקון נמצא המטיט בכל הדוגמאות וגאוטיט בחלק מהן. על פי הבדל זה ניתן לחזק ולומר כי נחל הירקון אכן "דוגם" במידה רבה יותר את קרקעות החמרה מאשר נחל אילון.
3. על פי תוצאות ערכי האוכף נמצא כי הערכים הנמוכים יותר של נחל אילון אכן תומכים במקור עשיר בסמקטיט לעומת נחל הירקון, כלומר סלעים וקרקעות מחבורת הר הצופים.

34. מסקנות קיימת התאמה בין רום המים לריכוז הסחף בשני הנחלים.
נמצא כי התערבות אנושית שינתה את ריכוזי הסחף.
בשני הנחלים עיקר הסחף מקורו באבק איאולי.
נחל הירקון מנקז בעיקר קרקעות חמרה – על פי ריכוז מינרלי חרסית ותחמוצות ברזל.
נחל איילון מנקז במידה מועטת קרקעות חמרה ועיקר הסחף מגיע ממקורות אחרים.
התוצאות המוצגות בעבודה זו הנן חלקיות בלבד ומומלץ לדגום באגני הניקוז של שני הנחלים על מנת לעמוד על ההבדלים ביניהם. כמו כן, מומלץ לדגום משקעים בקרקעית האפיק ובגדותיו לקביעת מקורות פוטנציאלים של הסחף.

35. ביבליוגראפיה
בן צבי, א., גבסקנכט, ל., עצמון, ב., 1995, הירקון – קובץ מאמרים, רמת גן: רשות נחל הירקון, 79 עמ'.
וכטמן, ד., 2003, הסעת רחופת על נחלי החוף אל מדף היבשת של ישראל- נחל קישון ונחל אלכסנדר (עבודת מוסמך), חיפה: אוניברסיטת חיפה.
רביקוביץ, ש.,1981, קרקעות ישראל התהוותן, טבען ותכונותיהן, תל אביב: הקיבוץ המאוחד.
Allen, J. R. L., 1985, Principles of physical sedimentology, London: Unwin publishers Ltd, UK. p. 272.
Evans, R. D., Wishnewski, J. R., 1997, "The interactions between sediments and water", London: Kluwer Academic Publishers, 739p.
Ganor, E., 1991, "The composition of clay minerals transported to Israel as indicators of Saharan Dust rmission", Atmospheric Environment, 25\12, pp
Ganor, E., Mamane, Y., 1982, "Transport of Saharan dust across the Eastern Mediterranean", Atmospheric Environment, 16\3, pp
Stanley, D. J., Mart, Y., Nir, Y, 1997, "Clay Mineral Distribution to Interpret Nile Cell Provenance and Dispersal: II Coastal Plain from Nile Delta to Northern Israel", J. of Coastal Research, 13, pp