HOOFDSTUK IV

Over de aarde en de gesteenten

Onze aarde is een van de negen planeten die de zon (een ster) omringen. Over de oorsprong van heelal, melkwegstelsel, sterren en planeten zijn heel wat theorieën te berde gebracht en het zag er tot voor een jaar of vijftig naar uit dat dit theorieën zouden moeten blijven. Maar de verbijsterende groei der natuurwetenschappelijke en technologische kundigheid geeft voedsel aan de hoop ooit nog meer inzicht te kunnen krijgen in deze problemen van kosmische orde. Bijzonder belangrijke geologische werkwijzen die ons al veel meer feiten brachten zijn de radioactieve bepaling en van de ouderdom van gesteenten, het benutten van gegevens uit aardbevingen voor het inzicht in de opbouw van de aardbol, de exploratie van de zeebodem en de ruimtevaart die ons gesteentemonsters van andere hemellichamen dan de aarde oplevert. Op al deze onderzoekingsmethoden ingaan zou ons ver buiten het bestek van dit boek voeren; liever vatten we enige resultaten samen welke voor ons van belang zijn.

Op het ogenblik kennen we alleen de gesteentemonsters van de maan, en de meteorieten of meteoorstenen als buitenaards materiaal. De maan blijkt uit gesteenten opgebouwd die wel niet principieel afwijkend zijn van de aarde, maar toch zo anders zijn samengesteld (met name door een onverwachte rijkdom aan het element titanium) dat de maan vrij zeker niet is ontstaan door afsplitsing van de aarde, zoals vroeger wel werd verondersteld. Net zoals op aarde liggen de ouderdommen, van de oudste maangesteenten op enkele miljarden jaren. Op onze planeet zijn zulke oeroude formaties zeldzamer dan op de satelliet, maar dat behoeft ons niet te verwonderen; hier bestaat een atmosfeer, zijn er gletsjers, rivieren en zeeën die elke steenmassa aantasten — ginds kunnen alleen steenbrokken de hellingen van de bergen afrollen in een vrijwel luchtledig. Maan en aarde lijken ieder in eenzelfde periode van de kosmische geschiedenis, een 5 à 6 miljard achter ons liggende jaren, te zijn ontstaan.

De opbouw van de aardbol zelf is vermoedelijk de volgende:

· in het aardbinnenste een kern van vast nikkelijzer (met een straal van circa 1400 km)

· om die kern een bolschil van vloeibaar nikkelijzer (ongeveer 2100 km dik)

· een mantel om de voorgaande bolschil heen, bestaande uit vast ijzer-magnesium-silicaat als olivijn, wellicht ook in andere modificaties (dikte circa 2800 km)

· een korst van voornamelijk andere silicaten en water (ongeveer 50 km dik).

Uit deze gegevens blijkt dat de aarde naar inhoud bestaat uit 16% metallisch nikkelhoudend ijzer, 82% ijzer-magnesium-silicaat en 2% andere silicaten en water. IJzer silicium, zuurstof en magnesium zijn dus wel de voornaamste elementen die de aardbol opbouwen; al zien wij van de kern der aarde natuurlijk nimmer iets, en slechts bij uitzondering een klein deel van de allerbovenste delen van de mantel. Wij hebben vrijwel alleen te maken met de aardkorst, en deze is zeer variabel in samenstelling; de continenten bestaan voornamelijk uit gesteenten met veel calcium en aluminiumsilicaten, welke lichtgekleurd zijn; de oceaanbodems daarentegen zijn rijker aan ijzer- en magnesiumsilicaten, die donkergetint zijn.

Door het aardbevingsonderzoek is nu gebleken dat in de mantel tussen diepten van 50 en 250 kilometer het gesteente gedeeltelijk is gesmolten. Bovenop deze hete astenosfeer ( zwakke bolschaal) bevindt zich de vaste korst of lithosfeer (stenen bolschaal). Al vroeger werd, vooral sinds de geniale Wegener, vermoed dat de continenten dreven op een vloeibare ondergrond. Thans heeft Wegener’s theorie zijn schitterende bevestiging gevonden door het onderzoek naar de magnetische polarisatie van gesteenten van allerlei ouderdom en herkomst, en door de ontdekkingen op de bodem van de zeeën. Bij eerstgenoemde onderzoek bleek dat er zeer grote bewegingen aan het aardoppervlak in het verleden moeten hebben plaatsgevonden, dat de continenten inderdaad verschoven zijn; en door de laatstgenoemde weten we nu dat er op aarde dergelijke processen thans nóg werkzaam zijn. Zo loopt de midden-atlantische rug vrijwel precies in de as van de Atlantische Oceaan; in de kruin van die rug bevindt zich een gigantisch spletenstelsel, dat in stand gehouden wordt doordat oost- en westzijde van deze rug zich één of enkele centimeters per jaar van elkaar verwijderen. In de diepte van de kloof wordt de opengekomen ruimte met basaltlava opgevuld. Vermoedelijk werkt dit systeem al meer dan 150 mij oen jaar, en is daaraan het uiteendrijven van enerzijds de beide Amerika’s, anderzijds Afrika en Europa toe te schrijven. Ook in de Pacific vinden we zulke zones waarlangs de zeebodem zich verbreedt. Maar daar schijnen in de kustgebieden van Azië, Australië en de beide Amerika’s langgestrekte zones voor te komen waar de oceaanbodem onder de continenten verdwijnt! Deze gebieden worden aan de landkant omzoomd door geweldige ketens van vulkanen.

Het is wel duidelijk dat wij in deze enorme processen de oorzaak moeten vinden van de gebergtevorming of orogenese, het proces dat er voor zorgt dat sinds de alleroudste tijden er gebergten zijn geweest op onze aarde. Het is niet onaannemelijk dat de gebergtevorming indirect heeft bijgedragen tot de scherpere scheiding van basaltische oceaanbodems, rijk aan donkere mineralen (pyroxeen, amfibool, olivijn), tegenover de granitische continenten, veel lichte mineralen (kwarts, muscoviet) bevattend. Immers, wij zagen reeds dat kwarts nauwelijks verweert evenmin als muscoviet; wanneer nu het gesteente van een gebergte door verwering wordt aangetast, zullen vooral kwarts, maar ook muscoviet minder worden veranderd en vergruizeld, dus ook minder door de rivieren de zee ingespoeld. In de diepzee bezinkt minder kwartszand maar juist wel kalk en klei, en deze beide laatste afzettingen kunnen weer worden omgezet tot min of meer donkere gesteenten als ze door het schuiven van de zeebodem de hete diepten van de aarde worden ingeduwd.

42. Gebergtevorming en erosie

Onder de aardkost nu, in de zgn. magmahaarden, kunnen zich op allerlei plaatsen geweldige massa’s gesmolten gesteente verzamelen. De aard van dat magma verschilt al naar het uitgangsmateriaal. Vaak bestaat het uit een mengeling van de onderste niveaus van de aardkorst en de bovenste rand van de aardmantel. Er ontstaat dan een basaltisch magma, dat bij stolling voor wel de helft uit donkere mineralen bestaat en vaak nog delen van de mantel uit de diepte meegesleurd blijkt te hebben in de vorm van olivijnknollen. Deze hoogst interessante vreemdelingen uit de diepten van de aardmantel treffen we ook in onze basaltzwerfstenen (zie foto 8) aan, zomede in de basaltzuilen van de zeeweringen. Gebieden waar basalt is uitgevloeid zijn b.v. de Stille Oceaan (met uitzondering van de zuidwesthoek), de eilanden in de Atlantische Oceaan en dichterbij de basaltvulkanen in het Rijngebied om Bonn. Ook in Zuid-Zweden en in Noorwegen zijn basalten uitgevloeid. Er zijn echter ook vele gevallen waarin de magmasubstantie geheel bestaat uit aardkorstmateriaal, en dan krijgen we met een granitisch magma te doen dat bij stolling weinig donker materiaal oplevert, maar zoveel te meer kwarts. Uit de aard van de zaak vinden we uitvloeiingen van granitisch magma zelden op eilanden in de oceanen; daar immers is de aardkorst maar dun. Zoveel te meer treffen we ze aan de randen en op de flanken van continenten aan, en wel in talloze variaties en mengvormen van nog tamelijk donkere lava tot zeer kiezelzuurrijke vulkanische as; nauwelijks zijn er in deze groep gesteenten van precies eendere samenstelling aan te wijzen, wat bij de naamgeving natuurlijk ernstige problemen geeft. Een voorbeeld van een gebied waar granitisch magma is uitgetreden is het geweldige kwartsporfier-plateau om Bolzano, in Zuid Tirol. Een mengvorm vinden we wat dichter bij in de enorme steengroeve van Quenast (België), welker kwartsdiorietporfiriet zoveel van onze straatkeien heeft geleverd; hierin is al veel hoornblende naast de kwarts aanwezig.

43. Basaltzuil als zwerfblok uit het Rijn- gebied, van Amersfoort; sterk verkleind.	44. Vloeistructuren, bij magmastolling bewaard gebleven; naar zwerfstenen van Amersfoort.

Maar niet alle, zelfs lang niet alle magmalichamen doorbraken de aardkorst om als vulkaangebied uit te vloeien! Soms zijn er reusachtige gangen, lenzen, platen halverwege in de aardkorst blijven steken en daar gestold. Zulke lichamen noemen we laccolieten. Prachtige voorbeelden ervan vinden we in West Duitsland. Naast vulkanen (zoals b.v. de Rodderberg tegenover Königswinter) van basalt waar de basalt deels als as, bommetjes en vooral als blazenrijke dekken van basaltlava bewaard bleef vinden we ook steile bergen waarin de basalt in zuilvorm voorkomt. Deze zuilvorm nu ontstaat alleen maar als de basaltlava in lange jaren rustig kan afkoelen. Door het krimpen van het gesteente vindt dan afzondering van de zuilen plaats, evenals we die zien aan indrogende klei op een opgespoten terrein (vergelijk Fig. 81). Deze laccolieten zijn aan de dag gekomen doordat de erosie de vroegere deklagen heeft weggevoerd, ongeveer zoals in Fig. 45 geïllustreerd. Door diezelfde erosie zijn ook de gestolde magmalichamen zelf soms bloot komen te liggen, welke dan batholieten worden genoemd. Batholiet en laccoliet zijn intrusief, lavastromen extrusief.

45. Een laccoliet; links nog in de ondergrond, rechts door erosie uitgeprepareerd.

De relatie tussen de drie hoofdgroepen van lichamen waarin we de stollingsgesteenten aantreffen is in Fig. 46 aangegeven. Vanzelfsprekend zijn er veel overgangsgevallen tussen de opeenvolgende leden van deze reeks: maar het is van belang het onderscheid te maken aangezien we zeer karakteristieke verschillen tussen de stollingsgesteenten uit deze drie onderscheiden milieus zullen opmerken. Dat zijn soms verschillen in samenstelling doordat in vooral gesteenten uit gangen en laccolieten veelal materiaal uit het omgevende gesteente is opgenomen; veel vaker zijn het verschillen in structuur, gevolg van geheel verschillende omstandigheden waaronder de mineralen moeten ontstaan.

46. De drie hoofdgroepen der stollingsgesteenten.

Bijzonder belangrijk nu is dat men in het uiteenvallen van radioactieve elementen, zoals uranium een gegeven heeft gevonden van waaruit men de ouderdom van stollingsgesteenten kan bepalen. Aangezien de snelheid van het uiteen- vallen in de natuurkundige laboratoria bepaald kon worden, is de ouderdom van de radioactieve elementen bevattende mineralen aan de mate waarin het verval is voortgeschreden te meten. Sinds 1925 (toen door Hahn, en door Boltwood op deze mogelijkheid gewezen werd) is er zeer veel werk gedaan aan zulk onderzoek. Ook in Nederland (te Amsterdam) bevindt zich thans een groot laboratorium waar onder leiding. van Prof. Priem veel werk wordt verzet, leidende tot de datering van kristallijne gesteenten. Men heeft thans reeds gesteenten aangetroffen met een ouderdom van meer dan 2½ miljard jaar! Deze Rhodesische graniet is overigens bepaald nog niet het oudste gesteente op aarde, aangezien van de oceaanbodems nog lang niet alles is onderzocht en ook in de diepte van de aardkorst nog veel verborgen ligt.

Nu wordt het grootste gedeelte van het aardoppervlak niet gevormd door uit vastgeworden magma ontstane stollingsgesteenten, maar door afzettingsgesteenten welke zijn opgebouwd uit de in weer en wind ontstane afbraakproducten van stollingsgesteenten. Zo bestaan de kustvlakten van Suriname geheel uit de afzettingsgesteenten zand en klei, ontstaan door de verwering van de geweldige hoeveelheden kristallijn gesteente in de hogere helft van Suriname. Het oppervlak van Nederland bestaat geheel uit afzettingsgesteenten, zoals zand, klei en kalksteen. Bij de vorming van die gesteenten, welke veelal in lagen plaatsvindt, worden niet zelden resten van planten en dieren ingesloten die fossielen worden genoemd. In het begin van de vorige eeuw heeft men ontdekt dat welhaast ieder laagpakket zijn eigen kenmerkende gidsfossiel bezit. Nu was het al wel eerder duidelijk dat de jongere lagen in principe bovenop de eerder gevormde oudere moesten liggen, maar de gebergtevorming heeft vaak de ligging van de lagen zo verstoord, dat men aan dit principe van stratigrafische superpositie weinig heeft. Maar aan de hand van de gidsfossielen leerde men al spoedig verschillende tijdperken te onderscheiden, waarin de fossielen als levende wezens op aarde voorkwamen. Sinds men door Darwin (1859) het evolutieproces heeft leren kennen probeert men uiteraard zo veel mogelijk fossielen uit één stamreeks als gidsfossiel te gebruiken. Deze datering met fossielen geeft weliswaar geen absolute tijdsgegevens, maar leert wel zeer nauwkeurig tijdperken te onderscheiden; dateringen aan radioactieve materialen en fossielenvondsten vullen elkaar aan, zodat we thans een vrij nauwkeurige stratigrafische tabel kunnen opstellen van de verschillende tijdvakken, de gesteenten en de fossielen welke we in ons land kunnen aantreffen. In de onderstaande tabel is een samenvatting van de hoofdgegevens te vinden. Men doet er goed aan, althans de perioden te memoriseren, aangezien we die namen net als de namen van de gesteentevormende mineralen telkens en telkens weer zullen tegenkomen.

Het kaartje (Fig. 48) geeft een idee van de geologische opbouw van de oppervlakte van Nederland. Op dit kaartje is het Kwartair nog onderverdeeld (zoals gebruikelijk) in tweeën: het Pleistoceen (of, in oude boeken, het Diluvium) en het Holoceen. Het Pleistoceen is dat deel van de Kwartairperiode waarin de ijstijden voorvielen, toen mammoet en wolharige neushoorn en Neanderthaler in Nederland leefden. Het Holoceen omvat alleen de laatste 10.000 jaar van de aardgeschiedenis; op de geologische ontwikkeling in deze tijd had de mens al belangrijke invloed, b.v. door bedijking, drooglegging, veengraverij en ontbossing.

47. De aardgeschiedenis, in een tijdsspiraal geperiodiseerd. Naar Holmes, 1959.

Uit de tabel en het kaartje blijkt overduidelijk dat Nederland een prachtig gebied is voor het onderzoek van de geschiedenis van de Kwartairperiode; dat echter verder alleen de afzettingen uit de Krijtperiode over grotere oppervlakken aan de dag komen; dat we van de overige tijdperken volgende op het Devoon aan ‘molshopengeologie’ zullen moeten doen en al heel blij mogen zijn met een enkele kleiput of een steengroeve; en dat we tenslotte geheel en al op zwerfstenen aangewezen zijn indien we gesteenten (en hun mineralen en fossielen) uit het Perm, het Devoon, Siluur, Ordovicium, Cambrium en Praecambrium willen leren kennen. Sommigen spreken dan over ons ‘geologisch misdeelde land’, anderen vinden in deze staat van zaken juist een uitdaging om te trachten uit deze stukken en eindjes een sluitend geheel op te bouwen; een onderneming die kans van slagen heeft en waarbij dit boek poogt wat steun te geven.

48. Geologisch schetskaartje van Nederland, naar gegevens van de Geologische Dienst