Jerusalem’s Underworld: Siloam tunnel

1.

JERUSALEM’S UNDERWORLD:
SILOAM TUNNEL
Amos Frumkin
The Hebrew University of
Jerusalem, Israel
Aryeh Shimron
Geological Survey
of Israel

2. Ancient Jerusalem The ‘City of David’ site was built above the karstic Gihon Spring. Corresponding karst features were adapted

for human use since ~3800 years ago
geological section
Modified after Gill, Bramnik

3.

Modified after Frumkin
et al. Nature 2003,
Brantley , Bramnik
Spring cave
Natural caves

4.

‫ראשי פרקים‬
‫• תיארוך נקבת השילוח ומפעלי המים הסמוכים‬
‫– (שיטות רדיומטריות‪ ,‬ארכיאולוגיות ויחסיות)‬
‫• שיטת החציבה‪:‬‬
‫– איך נפגשו החוצבים?‬
‫– סיבת הפיתולים‬
‫– (תצפית וניסויים)‬

5.

‫ניתוח מצויין של הנושא עשה לאחרונה אשר גרוסברג (‪ ,)2011‬כולל סקירת ספרות‬
‫התיארוך המקובל של נקבת השילוח לחזקיהו מסתמך על כתובת השילוח ופסוקים מהתנ"ך‪:‬‬
‫כתובת השילוח שנמצאה סמוך למוצא הנקבה אל בריכת השילוח‪:‬‬
‫אין בכתובת שם‪ ,‬אך היא מתאימה לתקופת הברזל ‪2‬ב‬

6.

‫מפעלי המים המתועדים ביותר בתנ"ך הם של חזקיהו‬
‫אבל‪ ,‬האם ניתן לקשור פסוקים אלה בוודאות למפעל מים מסוים מתוך אלה שהתגלו בירושלים?‬

7.

A tale of two cities
‫ירושלים‬
‫נינוה‬

8.

‫החפירות בארמון סנחריב בנינוה‪ :‬גילוי תבליט קרב לכיש‬
‫יהודים שנשבו‬
‫על ידי סנחריב‬
‫עוזבים את‬
‫ביתם בלכיש‪:‬‬
‫מתוך התבליט‬
‫בארמון סנחריב‬

9.

‫מה קרה בירושלים?‬
‫מלכים ב יט‬
‫מנסרת סנחריב‬

10.

‫‪Della Vida 1968‬‬
‫חוקרים שונים הטילו‬
‫ספק בקשר בין חזקיהו‬
‫לנקבת השילוח או‬
‫לכתובת השילוח‬
‫‪1996‬‬
‫‪2011‬‬
‫‪Sneh et al., 2010‬‬
‫האם נקבת השילוח היא‬
‫תעלת חזקיהו?‬
‫עציון ‪1992‬‬

11.

‫המטרה‪ :‬תיארוך רדיומטרי של נקבת השילוח‬

12. נטיף בנקבת השילוח: נוצר אחרי חציבת הנקבה

‫נטיף בנקבת השילוח‪:‬‬
‫נוצר אחרי חציבת הנקבה‬
‫‪Ca2+ + 2HCO3-‬‬
‫‪H2O + CO2 + CaCO3‬‬

13.

‫שיטת תיארוך באמצעות ‪:230Th-U‬‬
‫מבוססת על שרשרת ההתפרקות הבאה‪U Pb 8 He 6 Q :‬‬
‫‪ ‬‬
‫‪4‬‬
‫‪2‬‬
‫‪206‬‬
‫‪82‬‬
‫‪238‬‬
‫‪92‬‬
‫שבמהלכה נוצרים גרעיני בת רדיואקטיביים וביניהם ‪ )t1/2= 248ky( 234U‬ו‪:)t1/2= 75ky( 230Th-‬‬

14.

‫במשך הזמן אורניום ‪ 234‬מתפרק לתוריום‬
‫‪ .230‬היחס ביניהם גדל משמאל לימין ומעיד‬
‫על הזמן שחלף מאז נוצרה הדגימה‬
‫קרום קלציט בפיר וורן‪ :‬קדום מאד‪ ,‬לפני פעילות האדם‬
‫‪ 2317+18‬שנה‬
‫נטיף בנקבת השילוח‬

15.

‫דגימות‬
‫שנקדחו‬
‫בקרקעית‬
‫נקבת השילוח‬

16.

‫עץ מפוחם (‪ )C‬בטיח הקדום‬
‫חומר‬
‫אורגני‬
‫בטיח‬
‫תוארך‬
‫בעזרת‬
‫פחמן ‪14‬‬

17.

‫תיארוך חומר אורגאני‬
‫מהטיח בעזרת פחמן ‪14‬‬

18. גילי פחמן 14 של חומר אורגאני מהטיח בנקבת השילוח

‫גילי פחמן ‪ 14‬של חומר אורגאני מהטיח בנקבת השילוח‬

19.

‫תיארוך צמח חד שנתי מהטיח הקדום בנקבת השילוח והשוואתו לגילים אחרים‬
‫]‪Atmospheric data from Stuiver et al. (1998); OxCal v3.5 Bronk Ramsey (2000); cub r:4 sd:12 prob usp[chron‬‬
‫‪SR61 : 2505±35BP‬‬
‫‪Radiocarbon determination‬‬
‫‪2700BP‬‬
‫‪68.2% probability‬‬
‫‪790BC ( 6.6%) 750BC‬‬
‫‪690BC (61.6%) 540BC‬‬
‫‪95.4% probability‬‬
‫‪800BC (91.9%) 510BC‬‬
‫‪470BC ( 1.5%) 450BC‬‬
‫‪440BC ( 2.0%) 410BC‬‬
‫‪2600BP‬‬
‫‪2500BP‬‬
‫‪2400BP‬‬
‫‪2300BP‬‬
‫‪2200BP‬‬
‫גיל מינימום (נטיף)‬
‫גיל מכסימום (עץ בטיח)‬
‫גיל מינימום (צמח בטיח) גיל היסטורי (תעודות)‬
‫‪300BCE‬‬
‫‪400‬‬
‫‪500‬‬
‫‪600‬‬
‫‪700‬‬
‫‪800‬‬
‫‪Calendar date 900‬‬
‫מסקנה‪ :‬גיל נקבת השילוח מתאים לתקופת חזקיהו (או למלכים סמוכים בשושלת)‬

20.

‫הגיל הנ"ל איננו מתייחס למערכת המנהרות הסמוכות למעיין הגיחון‪ ,‬שהינה קדומה יותר‬
‫חללים טבעיים (באדום)‬
‫וביניהם מנהרות חצובות‬
‫פיר וורן‬
‫נקבת‬
‫השילוח‬
‫(מנהרה ‪)VIII‬‬
‫מעיין‬
‫הגיחון‬
‫הבריכה החצובה‪ :‬המילוי קדום לחזקיהו‬
‫(רייך ושוקרון ‪ .)2011‬מכאן שהמנהרות‬
‫הקשורות אליה‪ ,‬לרבות מנהרה ‪ VI‬קדומות‬
‫לחזקיהו‪( .‬למעט נקבת השילוח)‬

21. פיר וורן: קמין טבעי (פיר קארסטי) שהתפתח לאורך סדק אנכי. קרום על הקיר תוארך למאות אלפי שנים

‫פיר וורן‪ :‬קמין טבעי (פיר קארסטי)‬
‫שהתפתח לאורך סדק אנכי‪.‬‬
‫קרום על הקיר תוארך למאות אלפי‬
‫שנים‬
‫‪Crust>400 kyr‬‬
‫)‪(Th/U age‬‬

22.

‫מערכת פיר וורן‬
‫חתך‬
‫מפלס המים‬
‫נשלט על יד סכר‬
‫ליד המעין‪.‬‬
‫תוכנית‬
‫סימני מפלס‬
‫המים בתחתית‬
‫פיר וורן‪.‬‬

23. הגבהה מאוחרת של מנהרה VI

‫מנהרה ‪ VI‬הובילה את מימי מעין‬
‫הגיחון לתחתית פיר וורן‬
‫הגבהה מאוחרת של מנהרה ‪VI‬‬
‫מפלס מים שאיפשר למים‬
‫להגיע לתחתית פיר וורן‬
‫חציבה מקורית של‬
‫מנהרה ‪:VI‬‬
‫חתך רוחב מעוגל‬

24. לנקבת השילוח חתך רוחב מלבני

‫לנקבת השילוח חתך רוחב מלבני‬
‫למנהרה ‪ VI‬חתך רוחב מעוגל‬
‫מדובר בשני מפעלים שונים מגיל שונה‬

25.

‫אין הבדל במאפייני מנהרה ‪ VI‬לפני ואחרי הצומת עם מנהרה ‪ .IV‬מכאן שמנהרה ‪ VI‬נחצבה בבת אחת‬

26.

‫•כפי שהוצע ע"י וורן ווינסאן‪ ,‬המטרה המסתברת‬
‫ביותר להקמת מערכת פיר וורן הינה מפעל מים‬
‫מוסתר ומוגן היטב‪.‬‬
‫•המים הוזרמו מהמעיין במנהרה חצובה (‪)VI‬‬
‫לתחתית הפיר הטבעי‪.‬‬
‫•ניסוי שאיבה שערכנו הראה כי אין כל בעיה‬
‫לשאוב מים דרך הפיר‪.‬‬
‫•המים נשאבו כנראה דרך הפיר‪ ,‬והובלו לעיר‬
‫במנהרה המשופעת‪.‬‬
‫•כל המערכת מוסתרת ומוגנת היטב‪.‬‬
‫•המפעל נחצב לפני תקופת חזקיהו‬
‫חתך סכמטי במערכת פיר וורן‬
‫בעקבות וינסאן‬
‫מעין הגיחון‬
‫נקבת השילוח נחצבה מתוך מנהרה ‪VI‬‬

27.

28.

‫התאוריה הקארסטית קסמה לכותבים רבים שטענו כי‬
‫נקבת השילוח היא הרחבה של מחילה טבעית קדומה‬
‫‪Sulley 1929‬‬
‫‪Amiran 1968‬‬
‫‪Issar 1976‬‬
‫‪Hoberman 1977‬‬
‫‪Gill 1982,1991,1994,1996,2011‬‬
‫‪Ahituv 1992‬‬
‫‪Abells & Arbit 1996‬‬
‫‪Sneh et al., 2010‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬

29.

‫ידועות מאות מערות טבעיות באזור ירושלים‬
200
185
11
KARST FEATURES
AND HYDROGEOLOGY
GENERALISED MAP
FAULTED
ZONE
NON-KARSTIFIED
UNITS: NEOGENE
CONFINING UNITS:
SENONIAN-EOCENE
TOPOG.
DIVIDE
MASSIVE KARSTIFIED UNITS:
CENOMANIAN-TURONIAN
STRATIFIED UNITS:
ALBIAN-CENOMANIAN
1
DOLINE
FIELD
3
CAVE TYPE
JERUSALEM
10 km
2
115
140
II I I I I I I
13
LENGTH/W IDTH
12
‫ אף‬,‫אבל‬
‫מערה אינה‬
‫דומה למחילה‬
‫שהיתה עשויה‬
MEDITERRANEAN
‫להתקיים‬
DEAD
SEA
120
‫בנקבת‬
30N
‫השילוח‬
30E
L/W <3
3< L/W <5
CHAMBER
5< L/W <20
20< L/W <100
MAZE
INSETS
1 km
100< L/W
3
1
2

30.

‫מחילה קארסטית מתפתחת תמיד לאורך סדק או מישור שיכוב (מוליכי מים ראשוניים)‪:‬‬
‫מחילות מים קארסטיות בישראל‬
‫נחל תת קרקעי אינו יכול 'להתחבא' בתוך חתך הרוחב של נקבת השילוח‪.‬‬
‫מישור השיכוב או הסדק המנחה אינם יכולים להעלם‬

31.

‫נקבה שנחצבה לאורך קטע‬
‫מהמחילה הקארסטית‬
‫בשפלה‪ .‬המחילה‬
‫ומישור השיכוב‬
‫נראים בברור בראש הנקבה‬
‫מחילה קארסטית‬
‫בשפלה‪ :‬חיצים מצביעים‬
‫על מישור שיכוב מנחה‬

32.

‫נקבת השילוח‪ :‬חציבה מלבנית‪,‬‬
‫אין מחילה קארסטית‪,‬‬
‫ואף לא סדק או מישור שיכוב‬
‫שנמשכים לאורך הנקבה‬

33.

‫תקרת נקבת השילוח (מבט מלמטה)‪ :‬אין סידוק או מישור שיכוב‪ ,‬יש סימני חציבה‬

34.

‫מיפוי סדקים בנקבת השילוח‪:‬‬
‫הנקבה חוצה סדקים‬
‫ולא מתקדמת מרחק ניכר לאורכם‬

35.

‫שגיאות ותיקוני כיוון שכיחים בנקבת השילוח‪ ,‬בעיקר סביב מפגש החוצבים‪.‬‬
‫אין כל סימן לסדק או מישור שיכוב מכוון;‬
‫אילו היה כזה‪ ,‬האם היו שוגים?‬

36.

37.

38.

‫מעל הטיח הקדום קיים משקע טבעי של מי המעין‬
‫הטיח מונח ישירות על סלע‪,‬‬
‫ללא שכבת ביניים של משקע טבעי של מי המעיין‬
‫(שהיה עשוי להצביע על זרימה שקדמה לטיוח)‬

39.

‫כתובת השילוח‬
‫עיקר הכתובת‪ :‬ארוע המפגש‪.‬‬
‫האם זה כה חשוב‬
‫אילו היתה מחילה טבעית קודם?‬

40.

‫בתכנית הנקבה ניכרת שאיפה‬
‫להתקרב אל פני השטח אך‬
‫ללא הסתכנות בפריצה החוצה‬

41.

‫‪20 m‬‬
‫חתך לאורך נקבת השילוח ופני השטח שמעליה‬
‫פני השטח והנקבה‪ :‬מפה טופוגרפית‬
‫בתחילה התקדמו החוצבים לעבר מרכז הגבעה‪.‬‬
‫משהבינו שתואי זה יקשה על המפגש‪ ,‬שינו את מסלולם‬
‫לשולי הגבעה‪.‬‬
‫התוואי החדש איפשר יצירת קשר אקוסטי עם פני‬
‫השטח (אותו אימתנו בניסוי)‪ ,‬ששימש כנראה להכוונה‬
‫‪20 m‬‬

42.

The spring catchment is within Jerusalem,
flowing through a phreatic loop and fractures

43.

T (Celsius)
rain intensity (mm/hr)
Gihon Spring responds within hours to rainfall and human pollution
Gihon Hydrograph (17/11/2004-28/11/2005)
0
10
20
30
19.4
19/12/2004
07/02/2005
29/03/2005
18/05/2005
07/07/2005
26/08/2005
15/10/2005
04/12/2005
07/07/2005
26/08/2005
15/10/2005
04/12/2005
2.6
date
19.3
19.2
19.1
19
19/12/2004
07/02/2005
29/03/2005
18/05/2005
2.2
2
0.1
1.8
EC (mS/cm)
discharge (m 3/s)
2.4
1.6
1.4
19/12/2004
07/02/2005
29/03/2005
18/05/2005
07/07/2005
26/08/2005
15/10/2005
04/12/2005
date
Benami Amiel et al., 2010

44.

Major anthropogenic pollution event
occurred in Gihon Spring on 2002
Sewage
pipe
breaks
Fecal Coliform Bacteria (in 100 mL)
10000000
9000000
amount in 100 mL
1000000
100000
12000
6300
10000
1700
1000
300
210
47
100
22
10
1
30/05/02
pollution data
16/11/04
current research
23/11/04
30/11/04
28/12/04
date
29/03/05
21/6/05
7/9/05

45.

46.

rain intensity (mm/hr)
T (Celsius)
0
Gihon Hydrograph (17/11/2004-28/11/2004)
10
20
30
19.3
18/11/2004 19/11/2004 20/11/2004 21/11/2004 22/11/2004 23/11/2004 24/11/2004 25/11/2004 26/11/2004 27/11/2004 28/11/2004 29/11/2004
date
19.25
19.2
19.15
18/11/2004 19/11/2004 20/11/2004 21/11/2004 22/11/2004 23/11/2004 24/11/2004 25/11/2004 26/11/2004 27/11/2004 28/11/2004 29/11/2004
1.55
0.04
1.5
0.03
1.45
0.02
18/11/2004 19/11/2004 20/11/2004 21/11/2004 22/11/2004 23/11/2004 24/11/2004 25/11/2004 26/11/2004 27/11/2004 28/11/2004 29/11/2004
date
EC (mS/cm)
discharge (m 3/s)
0.05

47.

Precipitation Effect on Spring
140
120
monthly Vol 10^3 mc
)
100
80
.(
60
40
dry year: 1985/86- 324.5 mm
20
dry year: 1990/91- 378.9
wet year: 1982/83- 856.7 mm
wet year: 1991/92- 1113.7 mm
0
10
11
12
1
2
3
4
month
5
6
7
8
9

48.

‫מסקנות‬
‫•תיארוך רדיומטרי מאשר שנקבת השילוח‬
‫נחצבה בתקופת הברזל ‪2‬ב‪ ,‬סביב ימי חזקיהו‬
‫•הנקבה לא נחצבה לאורך מחילה קרסטית‬
‫טבעית‬
‫•להכוונת החוצבים לקראת המפגש נעזרו ככל‬
‫הנראה בקשר אקוסטי עם פני השטח‬
‫•מערכת פיר וורן שימשה ככל הנראה לשאיבת‬
‫מים באופן מוגן לפני חציבת נקבת השילוח‬

49.

‫כל עוד יחס האקטיביות ‪ 230Th/234U‬הוא בין ‪ 0‬ל‪ 1-‬ניתן‬
‫לחשב את גיל הדוגמא‪ .‬כאשר היחס ‪ 1‬קצב ההתפרקות שווה‬
‫לקצב ההיווצרות ולא ניתן למדוד את הגיל‪ .‬משיקולים אלה‬
‫שיטת תיארוך זו היא עד לכ‪ 500-‬אלף שנה‪.‬‬
‫קיימות שתי שיטות עיקריות למדידת יחסי‬
‫ספקטרומטריה של חלקיקי ‪ :a‬מניית פליטת חלקיקי ‪a‬‬
‫הנפלטים תוך התפרקותם הרדיואקטיבית של ‪ U‬או ‪Th‬‬
‫לשיטה זו שגיאת מדידה של כ‪10%-‬‬
‫‪230Th/234U‬‬
‫שיטות מס‪-‬ספקטרומטריות‪ :‬מודדות את יחסי הריכוזים של‬
‫‪ 230Th‬ו‪ . 234U-‬לשיטות אלה שגיאת מדידה של ‪.1-5%‬‬

50.

51.

‫מיקום טופוגרפי של נקבת השילוח‬

52.

Siloam Tunnel plasters: two-element binary plot for the
element aluminum (shown as Al2O3) and phosphate (P2O5)
reveals some of the compositional differences in plasters from
four different periods in time. The ‘‘ancient plaster’’, dated to
the Iron Age II period is typically characterized by a high
content of phosphorus. Red plaster is of Byzantine age or
younger; grey plaster is dated to the Mameluke period; black
plaster is of the early 20th century.

53.

54. מיקום טופוגרפי של נקבת השילוח

Photomicrograph under partially crossed polarizers at the contact between the ancient plaster (A)
and natural deposits found above it. Quartzose siltstone (S) detrital deposit of the Gihon waters,
composed mostly of angular to subangular quartz and some feldspars (both colorless), iron oxides
(opaque grains) and rare tourmaline and garnet (green and brown constituents). Underneath is the
ancient plaster (A), consisting mostly of fine recarbonated, somewhat marly, lime binder (buff
colored) mixed with small chalk fragments (L), clays, fine potsherds, burnt organic materials
(black), chips of bone and foraminifera (seen under higher magnification). The enlarged segment
of (A) is under plain light.

55.

56.

Ancient plaster (A) overlain by chemical deposits of the
Gihon waters, consisting of calcite tufa with finely
laminated micritic layer (L), coarsely crystalline calcite
spar (S), Mn-rich dark lamina (M), and a peloidal upper
free surface.

57.

‫תודה‬