Afgelopen woensdagmiddag beleefden we de eerste van een reeks zoek- en determinatiemiddagen in het Oertijdpark tijdens de zomervakantie. Bezoekers – kinderen voorop, maar ook volwassenen – mochten naar hartenlust in de grote hoop met duizenden zwerfstenen zoeken en hun vondsten mee naar huis nemen. Aanvankelijk leek het door het sombere weer wat rustig, maar het beeld van voorovergebogen mensen op een hoop keien wekt altijd nieuwsgierigheid op. In korte tijd werd het gezellig druk. Tot iets na drie uur waren Gerrit, Nikky, Marja en ik bezig grote en kleine stenen te bekijken, ze waar mogelijk een naam te geven en van begrijpelijke informatie te voorzien. Vooral de leeftijden van de keien spreken tot de verbeelding. Een vuurstenen zee‑egel van 70 miljoen jaar oud is maar een ‘jonkie’ vergeleken met de meeste andere stenen op de keienhoop. Daar heb je te maken met leeftijden van zo’n 540 miljoen jaar (buizenzandstenen), 1500 miljoen jaar (Jotnische zandstenen), 1647 miljoen jaar (rapakivi’s van Åland) en 1700 tot 2000 miljoen jaar voor de overgrote meerderheid van granieten en gneizen.
Er zijn weer heel wat ‘oerstenen’ mee naar huis gegaan. Ondanks de afspraak om het dit keer niet te doen, kwamen bij het uitleggen en passant via een omweg ook weer oma’s en opa’s voorbij, en vanzelfsprekend ook de kerstman. Dat zijn voor kinderen immers de echte oudjes. De kerstman komt ter sprake omdat hij in Finland boven de poolcirkel woont en tegen de kerst, onderweg naar Nederland, met zijn slee en rendieren over de harde, oeroude rotsen van Finland glijdt. Dat maakt kinderen meteen duidelijk waar ze de herkomst van hun stenen moeten zoeken.
Wanneer kinderen een zelf gevonden steen laten zien, mogen ze als beloning ook nog een fossiele zee‑egel van vuursteen uitzoeken en mee naar huis nemen. Bij menigeen kon hierdoor een begin van een thuismuseumpje worden vastgesteld. Het is ontzettend leuk werk; kinderen beleven er veel plezier aan, en als kinderen het leuk vinden, hebben ouders en grootouders het vanzelf ook naar hun zin. De keienbult is al jaren een succesartikel, en nog steeds worden er ook door museummensen interessante vondsten gedaan, onze eigen directeur niet uitgezonderd.
Pegmatiet en schriftgraniet
Opvallend is dat er op de keienbult al jaren achtereen relatief veel zwerfstenen van pegmatiet en schriftgraniet worden gevonden. Het moeten er inmiddels vele honderden zijn. Ook afgelopen woensdagmiddag was het weer raak. Dat is bijzonder en typisch voor de Hondsrug, want buiten het Hondsruggebied merk je dat pegmatiet en schriftgraniet veel zeldzamer zijn. Het verschil hangt samen met de herkomst van de zwerfstenen op de Hondsrug en het keileemtype waarin ze voorkomen. Op de Hondsrug komen vooral Oostbaltische keileemtypen voor, achtergelaten door de Hondsrug‑ijsstroom aan het eind van de Saale‑ijstijd, zo’n 140.000 jaar geleden. De meerderheid van de zwerfstenen is afkomstig uit Zuidwest‑Finland, Noord‑Zweden en van de bodem van de Botnische Golf. Zwerfsteentypen uit Midden‑ en Zuid‑Zweden zijn veel zeldzamer.
Afgelopen woensdagmiddag vonden kinderen en wijzelf opnieuw verschillende pegmatietzwerfstenen, waaronder drie schriftgranieten. De een is mooier en duidelijker dan de ander, maar een zwerfsteen van schriftgraniet heeft altijd iets magisch, iets dat uitstijgt boven pegmatiet – al zijn beide nauw met elkaar verbonden.
Wat is pegmatiet?
Pegmatiet is een lichtkleurig gesteente dat je op de keienhoop in Borger als zwerfsteen in allerlei zachte pasteltinten kunt vinden: roomwit, geelbruin, roze, oranje en soms zelfs rood. Zwerfstenen van pegmatiet zijn doorgaans bescheiden van formaat; een exemplaar van twintig centimeter is al zeldzaam. Toch zijn er in het Hondsruggebied een paar joekels gevonden. In het nieuwe natuurgebied Schaangerdennen bij Valthe ligt een blok van bijna een kubieke meter. Jaren geleden vond ik langs een akker bij Norg een bijzonder fraai exemplaar van zeker een halve kubieke meter, met als opvallende eigenschap dat de steen rijk was aan zwarte toermalijnkristallen. Van beide grote pegmatieten worden in het Hunebedcentrum afgeslagen stukken bewaard.
Pegmatiet is meestal een zeer grofkorrelig gesteente met grote kristallen van kaliveldspaat en kwarts. In zwerfstenen kunnen veldspaatkristallen meer dan twee decimeter groot worden. Dat lijkt indrukwekkend, maar het is niets vergeleken met wat elders in gebergtegebieden wordt aangetroffen: daar zijn in pegmatietlichamen veldspaatkristallen gevonden van meer dan tien meter doorsnee. Pegmatiet bestaat in feite uit slechts twee hoofdmineralen, kaliveldspaat en kwarts, al komen er vaak ook andere groot uitgevallen mineralen in voor. Door hun ontstaanswijze worden pegmatieten wel de ‘kraamkamers’ van edelstenen genoemd. In zwerfstenen merk je daar overigens weinig van.
In onze pegmatietzwerfstenen vind je regelmatig nesten en grote plaatjes van zwarte biotietglimmer en zilverwitte muscoviet. Vooral muscoviet levert in zonlicht een letterlijk schitterend schouwspel op. Heel zelden tref je in pegmatiet in plaats van muscoviet schubben en plaatjes van roze lithiumglimmer aan – een buitenkansje. Verder komen zwarte toermalijn en rode granaatkristallen geregeld voor.
En hoe zit het met schriftgraniet?
Schriftgraniet is een variant van pegmatiet. Dat wij losse schriftgranieten kunnen oprapen, komt doordat het meestal kleine zwerfstenen zijn. Toch is schriftgraniet geen apart gesteentetype met een eigen chemische samenstelling, zoals graniet of gabbro dat zijn. Het is eigenlijk een mengsel van slechts twee mineralen: kaliveldspaat als grondmassa, met daarin ingebed grijze kwarts. Samen vormen die een zogeheten grafische structuur. Het bijzondere van schriftgraniet zit hem dus niet in de mineralen zelf, maar in de manier waarop ze zijn gegroeid.
De kwartskristallen liggen niet willekeurig door de veldspaat verspreid, zoals in gewoon graniet, maar zijn min of meer evenwijdig georiënteerd. Ze hebben scherpe, hoekige, staafvormige, lijstvormige of wigvormige contouren. Uit onderzoek blijkt dat al die afzonderlijke kwartsfiguurtjes in werkelijkheid delen zijn van één doorlopend kwartskristal, dat als een soort skelet binnenin één groot veldspaatkristal is ingebouwd. Wat wij zien als losse schrifttekens is dus in feite een innige vergroeiing van twee zeer grote, in elkaar verweven kristallen.
Soms zijn de patronen slechts enkele millimeters groot, maar bij sommige schriftgranieten kunnen ze enkele centimeters bereiken. Wanneer je een zwerfsteen van schriftgraniet vanuit verschillende richtingen doorzaagt, veranderen de patronen voortdurend van vorm. Dat komt doordat de kwartskristallen geen losse korrels zijn, maar driedimensionale uitgroeiingen die volledig met de kaliveldspaat zijn vergroeid. Elke doorsnede door zo’n complexe kristalstructuur levert daarom een ander patroon op.
In zwerfstenen van schriftgraniet herken je figuurtjes die doen denken aan oude spijkerschrifttekens, Arabisch of Hebreeuws schrift. Ook lijken ze op oude Noorse runentekens. Sommige oudere volkeren zagen de mysterieuze lettertekens wel als boodschappen uit de godenwereld. In de schriftgranieten van Borger hoeven we niet aan hemelse boodschappen te denken; wij herkennen er gewoon lettertekens in als TIWVJL en soms ook COCD.
Hoe komt schriftgraniet aan zijn lettertekens?
Schriftgraniet wordt vrijwel altijd aangetroffen als onderdeel van pegmatieten. Beide gesteenten zijn ontstaan tijdens de laatste fase van het vastworden of kristalliseren van een granietmagma, op kilometers diepte in de aardkorst. Omdat pegmatieten meestal smalle gangen, aders of lenzen vormen die door het omringende gesteente lopen of dit doorsnijden, worden zowel schriftgraniet als pegmatiet vaak ganggesteenten genoemd. Die benaming verwijst dus niet naar een eigen gesteentetype, maar naar de plaats waar het in ander gesteente voorkomt.
De belangrijkste bouwstenen van schriftgraniet zijn kaliveldspaat – meestal microklien of orthoklaas – en kwarts. De veldspaat vormt het grootste deel van het gesteente en groeit uit tot grote kristallen. Tijdens die groei ontstaat een bijzondere situatie waarbij kwarts niet later tussen de veldspaat terechtkomt, maar gelijktijdig met de veldspaat uit hetzelfde magma kristalliseert. Daardoor groeit de kwarts als lange staafjes, vertakkingen of dunne platen binnen het veldspaatkristal. Beide mineralen zijn zo nauw met elkaar verweven dat ze samen één kristallografisch groeisysteem vormen. Geologen spreken daarom van een grafische vergroeiing of een eutectische structuur. De verhouding tussen veldspaat en kwarts blijft vaak opvallend constant, wat erop wijst dat beide mineralen onder zeer specifieke omstandigheden gelijktijdig zijn uitgekristalliseerd.
Het ontstaan van schriftgraniet begint diep in de aardkorst tijdens de afkoeling van een granietmagma. Naarmate een graniet langzaam stolt, kristalliseren eerst de meest voorkomende mineralen, zoals veldspaat, kwarts en glimmer. Daardoor verandert de samenstelling van het overblijvende magma. Water, fluor, boor, lithium, fosfor en andere vluchtige bestanddelen worden steeds sterker geconcentreerd in het laatste beetje vloeibare magma. Deze restsmelt is daardoor veel minder stroperig dan gewoon granietmagma en kan gemakkelijk in scheuren en spleten van het omringende gesteente binnendringen.
Daar begint de vorming van een pegmatiet. Door het hoge gehalte aan gasvormig water en andere vluchtige stoffen kunnen de aanwezige ionen zich veel sneller door het dunne magma bewegen dan normaal. Daardoor groeien de kristallen bijzonder snel en kunnen ze tegelijkertijd zeer groot worden. In pegmatieten zijn veldspaatkristallen van tientallen centimeters heel normaal, terwijl kristallen van tien meter of meer eveneens voorkomen. Ook kwartskristallen, muscoviet, toermalijn, beryl en talrijke zeldzame mineralen kunnen indrukwekkende afmetingen bereiken.
Door die grote kristallen van veldspaat en kwarts werden pegmatieten in Zuid‑Noorwegen en Finland vroeger geëxploiteerd. Van kwarts maakte men in autoklaven glasheldere kristallen voor de optische industrie, terwijl kaliveldspaat werd gebruikt voor porselein en andere hoogwaardige keramische producten.
Tot zover de essentie van zwerfsteenpegmatiet en schriftgraniet in de keienhoop in Borger. Wil je er meer over weten, lees dan verder.
Schriftgraniet ontstaat vooral tijdens de eerste fasen van de kristallisatie van een pegmatietvoorkomen in de aardkorst. Nadat het hoofdlichaam van het granietmagma is gestold, bevat het overblijvende, oververzadigde restmagma nog grote hoeveelheden silicium, kalium, aluminium en water. Water in magma verlaagt de smelt- en stollingstemperatuur soms met enkele honderden graden, waardoor het restmagma langer vloeibaar blijft.
Wanneer de temperatuur precies in het juiste bereik komt, kristalliseren kaliveldspaat en kwarts vrijwel gelijktijdig uit. De veldspaat groeit daarbij sneller dan de kwarts, maar de kwarts blijft voortdurend aan het groeivlak van de veldspaat gekoppeld. Daardoor raakt de kwarts als het ware opgesloten in de groeiende veldspaatkristallen, zonder ooit volledig afgescheiden te worden. Elke nieuwe laag veldspaat sluit opnieuw kleine hoeveelheden kwarts in, waardoor de kenmerkende hakerige schriftstructuur ontstaat. Op overlangse doorsnede is te zien dat de ‘lettertekens’ van kwarts ruimtelijk gezien lange lijsten vormen.
Dit proces voltrekt zich gedurende een relatief korte periode tijdens het afkoelen van de pegmatiet. Zodra de chemische samenstelling of temperatuur verandert, groeit de veldspaat verder zonder grafische vergroeiing met kwarts, of vormt zich juist massieve kwarts. Daarom bevindt schriftgraniet zich vaak slechts in bepaalde zones van een pegmatiet en niet in het gehele lichaam.
Op naar Natur Bornholm
Foto Natur Bornholm 1 en 2
Wil je pegmatiet en allerlei typen schriftgraniet in hun allermooiste vormen zien, en bovendien opmerken hoe deze elkaar afwisselen, dan loont een bezoek aan het voorterrein van het Museum Natur Bornholm op het Deense Oostzee‑eiland Bornholm. Het museum ligt net ten zuiden van het plaatsje Aakirkeby, midden op het eiland. Op een terrein van ongeveer één hectare heeft men de rotsondergrond vrijgemaakt, waardoor de rondachtig door gletsjerijs afgesleten pegmatiet en schriftgraniet prachtig zichtbaar zijn. Je mag er gewoon overheen lopen om foto’s te maken. Bornholm is trouwens als vakantie-eiland meer dan de moeite waard. Het is een soort minicontinent met een schitterend landschap, veel gesteenten, fossielen en imposante granietrotsen.
Een van de mooiste geologische belevenissen op Nornholm vind je vlak bij het museum, bij het plaatsje Limensgade. Daar ligt een oude zandsteengroeve in de Balkazandsteen. De zandsteen maakt langs een oude aardbreuk direct contact met oeroud Precambrisch kristallijn gesteente. Vlak bij het houten uitzichtspunt kun je met beide benen tegelijk op de zandsteen én op de oude granietgneis staan. In spreidstand overbrug je met je benen ruim één miljard jaar. De Balkazandsteen zelf dateert uit het Onder‑Cambrium, zo’n 530 miljoen jaar geleden. Iets verderop in de oude groeve loop je moeiteloos over een fossiele wadbodem uit die tijd, met grote versteende golfribbels, prielen en – als je goed kijkt – allerlei fossiele graafgangen en andere levenssporen in de harde zandsteen. En dan te bedenken dat we in het Hondsruggebied daarvan zwerfstenen kunnen terugvinden.
Pegmatieten die zich in gangen en spleten van het omringende gesteente bevinden, bezitten vaak een duidelijke inwendige opbouw. Langs de buitenrand ligt meestal een fijnkorrelige wandzone die snel afkoelde tegen het omringende gesteente. Meer naar binnen volgen zones met steeds grotere kristallen. Schriftgraniet komt vaak voor in de overgang van de wandzone naar de intermediaire zone, waar de omstandigheden voor gelijktijdige groei van veldspaat en kwarts optimaal waren. In het midden van de spleetvulling of pegmatietlens kunnen vrijwel zuivere kwartsmassa’s ontstaan, of juist enorme veldspaatkristallen met slechts weinig kwarts. Sommige pegmatieten eindigen zelfs in een centrale kwartskern die vele meters dik kan zijn.
De voorkomens van pegmatiet in Scandinavië zijn niet gelijkmatig verdeeld. Waar je ze zou verwachten, ontbreken ze soms, terwijl ze elders – bijvoorbeeld in Zuid‑Noorwegen en Zuidwest‑Finland – in grote hoeveelheden voorkomen.
Hoewel graniet in de Zuid‑Zweedse provincie Småland zeer algemeen is, is schriftgraniet daar opvallend zeldzaam. Dat heeft meerdere geologische oorzaken. De granieten van Småland zijn grotendeels gevormd tijdens de Sveconorvegische en vooral de Transscandinavische magmatische ontwikkeling, ongeveer 1,8 miljard jaar geleden. Deze granietmassa’s zijn overwegend homogeen en bevatten oorspronkelijk relatief weinig restmagma’s waarin water en andere vluchtige bestanddelen zich langdurig konden ophopen. Daardoor ontstonden wel pegmatieten, maar meestal kleinere en minder uitgesproken typen. De chemische omstandigheden die nodig zijn voor uitgebreide grafische vergroeiingen deden zich daardoor slechts plaatselijk voor.
Daarnaast speelde de afkoelingsgeschiedenis een belangrijke rol. Veel Smålandse granieten kristalliseerden onder omstandigheden waarbij de laatste restsmelten relatief snel werden opgenomen in het reeds gestolde graniet, of slechts dunne adertjes vormden. De periode waarin gelijktijdige groei van kwarts en veldspaat mogelijk was, bleef daardoor beperkt. Bovendien zijn veel pegmatieten in Småland later vervormd of door hydrothermale processen veranderd, waardoor oorspronkelijke schriftstructuren deels verloren gingen.
Dat zien we terug in het zwerfsteenbeeld van Noord‑Nederland. Terwijl de bodem van het Hondsruggebied in Oost‑Drenthe en aangrenzend Groningen rijk is aan zwerfstenen van pegmatiet en schriftgraniet, komen in het westen en zuiden van Drenthe en in Friesland relatief weinig van deze typen voor. Ook zijn ze daar minder fraai ontwikkeld. Dat komt doordat in die regio’s in de voorlaatste ijstijd vooral keileem is achtergebleven met zwerfstenen uit Midden‑ en Zuid‑Zweden. Smålandgraniet is daar als zwerfsteen heel algemeen.
Heel anders is de situatie in Zuidwest‑Finland. Dit gebied behoort tot het oeroude Fennoscandische Schild en bestaat uit een ingewikkeld mozaïek van granieten, gneizen, migmatieten en talloze pegmatieten, die grotendeels tijdens de Svecofennische gebergtevorming – ongeveer 1,7 tot 2,0 miljard jaar geleden – zijn ontstaan. Door plaattektonische processen werd de aardkorst toen diep begraven, sterk verhit en later opnieuw gedeeltelijk opgesmolten. Hierdoor ontstonden op grote schaal migmatieten: ultrametamorfe menggneizen die deels uit oud metamorf gesteente en deels uit nieuw gevormd graniet bestaan.
Tijdens deze gedeeltelijke opsmelting kwamen grote hoeveelheden water en andere vluchtige bestanddelen vrij. Deze stoffen verzamelden zich in de laatste restsmelten en vormden ideale uitgangsmaterialen voor omvangrijke pegmatieten. Migmatieten vormen daarbij een bijzonder gunstige omgeving – en daaraan is in Zuid en Zuidwest‑Finland bepaald geen gebrek. Tijdens de opsmelting ontstonden talloze kleine magmalichamen die zich verzamelen in aders en lenzen. Terwijl deze massa’s verder differentiërden, werden ze steeds rijker aan water, kalium, silicium en andere elementen die de vorming van pegmatieten bevorderden. Vanuit deze magmalichamen drongen pegmatieten het omringende gesteente binnen. Juist tijdens deze laatste fase ontstond op grote schaal schriftgraniet. In veel Finse pegmatieten vormt de grafische structuur zelfs een belangrijk deel van de wand‑ of tussenzones.
Dit verklaart waarom we op de grote keienbult op het buitenterrein van het Hunebedmuseum zoveel zwerfstenen van pegmatiet en schriftgraniet vinden.
