Geen mens die niet weet wat zand is. We spelen er op kleuterleeftijd mee, we lopen erop, we telen er gewassen in en we bouwen er dijken, huizen en wegen mee. Kortom, zonder zand zou Nederland niet kunnen bestaan.
Zand en zandsteen
In ons land bestaan zandlagen overal uit los materiaal. Je kunt zand daarom makkelijk weggraven of onder water opzuigen. In droge vorm loopt het zelfs tussen je vingers door. Zand ligt niet alleen aan het oppervlak, ook in de ondergrond komt het voor, soms op tientallen meters diepte en meer. In deze diep gelegen zandlagen is nog steeds sprake van los zand. Dat diep gelegen zandafzettingen na verloop van tijd in vast gesteente veranderen, is een geleidelijk verlopend natuurlijk proces. We spreken dan van zandsteen.
Circulerend grondwater bevat altijd opgeloste mineralen. Vaak is dat ijzer, maar het kan ook kalk (CaCO3) of zelfs kiezel (SiO2) zijn. Wanneer deze stoffen neerslaan, wordt in eerste instantie een dun huidje om de zandkorrels gevormd. Gaandeweg dit proces raken ook de poriën opgevuld. Zandkorrels kitten hierdoor aan elkaar vast waardoor zand in zandsteen verandert, een hard vast gesteente. Zijn zandkorrels door kalk verkit dan ontstaat kalkzandsteen. Het kalkgehalte hierin kan aanzienlijk zijn omdat het poriënvolume van zand vrij groot is. In sommige gevallen loopt het kalkgehalte op tot 40%. Is kiezel het bindmiddel, dan gebeurt er iets anders.
Zandkorrels in ons land bestaan hoofdzakelijk uit kwarts. Deze korrels komen ergens vandaan. Graniet en aanverwante gesteenten zijn stollingsgesteenten. Ze zijn opgebouwd uit mineralen die door kristallisatie uit gloeiend vloeibaar magma zijn ontstaan. Kwarts is in graniet een essentieel bestanddeel en vormt daarin dus ook kristallen. Hoewel wij ons bij kristallen meestal iets fraais voorstellen, is dat met kwarts in graniet helaas niet het geval. In graniet en aanverwante gesteente kristalliseert dit mineraal doorgaans als laatste. Kwarts moet daarom genoegen nemen met de overgebleven ruimte. Ondanks dat kwarts in graniet geen fraaie kristalvormen laat zien, is het niettemin kristallijn.
Zandkorreltjes van kwarts zijn dus niets anders dan heel kleine, vaak afgeronde kristalfragmenten, die door verwering en het uiteenvallen van graniet en andere gesteenten zijn ontstaan. Net als in bergkristal zijn moleculen in zandkorrels op een bepaalde wetmatige manier gerangschikt, want het zijn immers stukjes kristal. Doordat zandkorrels kleine knikkertjes vormen die in dieper gelegen zandlagen door het gewicht van bovenliggende afzettingen stevig op elkaar gedrukt worden, lost op plaatsen waar ze elkaar raken een klein beetje kiezel op. Het in grondwater opgeloste kiezel wordt in de poriën tussen de zandkorrels weer afgezet omdat daar de druk iets minder is. Kiezel uit circulerend grondwater zet zich op zo’n manier om de korrels af, dat de moleculen zich precies volgens het kristalrooster van de zandkorrels rangschikken. Een zandkorrel fungeert dus als het ware als een soort kristalkiem die, als er voldoende ruimte zou zijn, uit zou kunnen groeien tot een echt kwartskristal. Helaas gebeurt dit niet. De ruimte ontbreekt, hoewel we grindstenen van zandsteen vinden waarin zandkorrels gerekristalliseerd zijn en glinsterende kristalvlakjes bezitten.
Het gevolg is dat los zand na verloop van tijd verandert in keiharde kiezelzandsteen, dat door zijn stevigheid vergelijkbare eigenschappen bezit als kwartsiet. Kwartsiet is echter metamorf en kiezelzandsteen niet. Vandaar de naam kwartsietische zandsteen.
Kogelzandsteen van Drentse bodem
Het proces waarbij zand door kiezel verkit raakt, komt in onze ondiepe bodems niet voor. Wel wordt onder bepaalde omstandigheden kalkzandsteen gevormd. Dit laatste is onlangs op een paar plaatsen bij graafwerkzaamheden in de Hondsrug in Drenthe en Groningen waargenomen. Vooral op de zuidelijke Hondsrug in en rond Emmen zijn hiervan fraaie voorbeelden gevonden. Hoe zit dit en waarom daar?
Door de hoge ligging van de zuidelijke Hondsrug ten opzichte van het veel lager gelegen Hunzedal zijgt regenwater vrij snel naar de ondergrond weg. Hier komt nog bij dat het zand in de Hondsrug op enige diepte tamelijk grof is. Op zijn weg naar beneden lost regenwater bestanddelen op, vooral kalk. Deze kalk is afkomstig van kalkzwerfstenen in de bovenliggende keileemlaag. Ook de keileem zelf is op plaatsen waar de leemafzetting vele meters dik is, rijk aan fijnverdeelde kalk. Dit laatste bleek duidelijk bij graafwerkzaamheden ten behoeve van de tunnel in de Hondsrugweg en op het terrein van de nieuwe dierentuin in Emmen. De uitgegraven keileem bevatte naast talloze Ordovicische en Silurische kalkstenen talloze keileempoppetjes. Dit zijn grillige, door kalk verkitte keileemconcreties. Verder werden in de uitgegraven keileem verrassend veel stukken nieuwgevormde zandsteen gevonden. Het oppervlak van deze zandsteenbrokken toont een aaneenschakeling van kleine en grotere met elkaar vergroeide bolletjes, kogeltjes eigenlijk. Met zoutzuur bruisen deze sterk op, het bewijs dat het kitmiddel kalk (calciumcarbonaat) is.
De kogelstructuur in de nieuwgevormde zandsteen is ontstaan doordat op talloze plaatsen in het losse zand secundaire kalk uit grondwater in de poriën is afgezet. Hier vormt de kalk kleine stengelvormige kristallen die radiaalstralig relatief ver in de omgevende poriën zijn uitgegroeid. Omdat de groei gelijkmatig naar alle kanten plaatsvindt, ontstaan vanzelf kleine en soms iets grotere kogeltjes. Deze vergroeien met elkaar. Waar de vergroeiing volledig is, is sprake van massieve grijsbeige kalkzandsteen, meer naar buiten zien we een karakteristieke kogelstructuur. Doorgaans zijn de kogels een halve of hooguit 1cm groot, in Emmen zijn echter ook stukken gevonden met kogels die een doorsnede van meer dan 2cm hebben.
Zand dat lokaal door secundaire afscheiding van kalk of ijzer in zandsteen verandert, noemt men ‘plaatseigen zandsteen’, zandsteen dus dat ter plaatse is gevormd.
Bijzonder is dat de grotere zandsteenfragmenten vrijwel steeds een vlakke, meer of minder roodbruine zijde bezitten met aan de andere kant de typische zandkogelstructuur. Dit wijst er op dat de stukken afkomstig zijn uit de zandlaag direct onder de keileem. Zoals bekend, is de Hondsrug bedekt door keileem. Deze leemlaag is op het laatst van de Saale-ijstijd afgezet door het ijs van de Hondsrug-ijsstroom. Deze relatief smalle baan snelstromend ijs is tevens verantwoordelijk voor het ontstaan van andere zandruggen in Oost-Drenthe. Het relatief snelbewegende ijs heeft de ondergrond geërodeerd en het bestaande reliëf in sterke mate afgeschaafd en afgevlakt. De overgang tussen keileem en onderliggend zand is op veel plaatsen messcherp.
Wegzijgend kalkhoudend grondwater heeft op de overgang van keileem naar onderliggend zand het betrekkelijk grofkorrelige zand verkit. De vlakke bruingekleurde onderzijde van de zandsteenstukken markeert het grensvlak tussen zand en keileem. Het vlak, aan de andere zijde met de zandsteenkogeltjes, is in het profiel naar onderen gericht.
Jaren geleden kwamen bij Zuidbarge tijdens graafwerkzaamheden vergelijkbare platen plaatseigen kogelzandsteen te voorschijn. Na het schoonmaken bleek dat de zandkogeltjes door secundaire afzetting van ijzer deels geel(bruin), deels zwart gekleurd zijn. In hoeverre naast ijzer mangaan ook een rol speelt is niet duidelijk.
Nog meer kogelzandstenen
Kogelzandsteen komt ook als noordelijke zwerfsteen voor. In kalkhoudende Oostbaltische keileem op de Noordelijke Hondsrug zijn zwerfstenen ervan bepaald niet zeldzaam. Ook uit de keileem van Emmen zijn ze inmiddels bekend.
Op de meeste plaatsen op de Hondsrug is de keileem door verwering ontkalkt. Zwerfstenen van kalksteen ontbreken daar. Deze zijn door oplossing verdwenen. Eventueel aanwezige kogelzandstenen zijn door het oplossen van calciumcarbonaat (CaCO3) eveneens uit het zwerfsteenbeeld verdwenen. De stenen vielen weer uiteen in los zand. Dit maakt duidelijk dat zandkorrels van kwarts in sommige gevallen een lange geologische geschiedenis hebben van afgezet worden door water en/of wind, in zandsteen veranderen, verweren waarbij de korrels weer vrijkomen, opnieuw met andere korrels afgezet en eventueel weer zandsteen geworden, enz. In onze zandbodem komen ongetwijfeld talloze zandkorrels voor met een geologische geschiedenis van minstens twee miljard jaar, die met lange onderbrekingen weer een ‘vrij leven’ zijn begonnen.
Baltische kogelzandsteen is door zijn karakteristieke uiterlijk makkelijk te herkennen. Het zijn poreuze, witachtige, grijze tot groengrijze zandstenen die in sommige gevallen rijk zijn aan muscovietglimmer. Kogelzandsteen is van Midden-Devonische ouderdom (Old Red). Door verkitting met calcium- en magnesiumcarbonaat (zelden is dit ijzercarbonaat) zijn in het gesteente afzonderlijke, meestal grote aantallen met elkaar vergroeide zandkogeltjes ontstaan, die zich door hun lichtere tint duidelijk van de matrix onderscheiden. De grootte van de kogels is variabel. In de meeste gevallen bedraagt de doorsnede ca. 0,5 cm, maar in enkele gevallen zijn zwerfstenen gevonden met kogels die ruim 3 cm groot zijn. Bijzonder is dat deze op doorslag twee of meer spiegelende vlakken tonen. Hieruit blijkt dat de zandkogels in feite uit meerdere met elkaar vergroeide calcietkristallen bestaan met splijtvlakken die verschillend geöriënteerd zijn. De zandkorrels liggen in deze kalkmatrix ingebed.
De herkomst van Devonische kogelzandsteen is waarschijnlijk de Oostzeebodem westelijk van Zuid-Estland en Letland.
Tekst en foto’s Harry Huisman
