Een kiezel uit de Maas, een stoeptegel van blauwe hardsteen, een granieten aanrecht en de mergelgrotten van Maastricht hebben elk een eigen ontstaansgeschiedenis van miljoenen jaren. Wie de drie hoofdgroepen herkent, kan die geschiedenis lezen. Gesteenten zijn bovendien het archief van de aarde: ze bewaren fossielen, oude klimaten en de bewegingen van tektonische platen.
De drie hoofdgroepen gesteente
| Hoofdgroep | Ontstaan | Herkenning | Voorbeelden |
|---|---|---|---|
| Stollingsgesteente (magmatisch) | magma koelt af en kristalliseert, diep in de korst of aan het oppervlak | in elkaar grijpende kristallen zonder lagen; soms glasachtig of met gasbelletjes | graniet, gabbro, basalt, andesiet, puimsteen, obsidiaan |
| Sedimentgesteente (afzettingsgesteente) | losse korrels, schelpen of opgeloste stoffen worden in lagen afgezet en verharden door samendrukking en cementatie | gelaagd; losse korrels zichtbaar; vaak fossielen | zandsteen, conglomeraat, kleisteen/schalie, kalksteen, krijt, steenzout, steenkool |
| Metamorf gesteente (omzettingsgesteente) | bestaand gesteente wordt zonder te smelten omgevormd door hoge temperatuur en/of druk | mineralen in banden of plaatjes gerangschikt (foliatie), of zeer compact en gekristalliseerd | marmer, kwartsiet, leisteen, schist, gneis |
Aan het aardoppervlak van de continenten zie je vooral sedimentgesteenten: ze bedekken ongeveer drie kwart van het land. Maar het is een dun laagje. Het grootste deel van het volume van de aardkorst bestaat uit stollings- en metamorfe gesteenten. De oceaanbodem is vrijwel helemaal basalt, bedekt met een laag slib.
Stollingsgesteenten: gestold magma
Stollingsgesteenten ontstaan uit magma. De belangrijkste vraag bij het herkennen is: waar stolde het, en dus hoe snel?
- Dieptegesteenten (plutonisch) stollen langzaam, over duizenden tot miljoenen jaren, kilometers diep in de korst. De kristallen hebben tijd om te groeien en zijn met het blote oog zichtbaar (millimeters tot centimeters). Voorbeelden: graniet (licht, rijk aan kwarts en veldspaat) en gabbro (donker).
- Uitvloeiingsgesteenten (vulkanisch) stollen snel aan het oppervlak uit lava. De kristallen zijn te klein om te zien. Basalt is donker en fijnkorrelig. Koelt lava zó snel af dat er geen kristallen kunnen vormen, dan ontstaat vulkanisch glas: obsidiaan. Zit er veel gas in, dan stolt het schuim tot puimsteen, dat zo licht is dat het op water drijft.
Graniet en rhyoliet hebben dezelfde chemische samenstelling, net als gabbro en basalt. Het verschil is alleen de korrelgrootte, dus de afkoelsnelheid. Welk magma waar ontstaat, lees je bij vulkanen.
Sedimentgesteenten: lagen uit het verleden
Gesteente aan het oppervlak valt uiteen door verwering (vorst, wortels, regenwater met opgelost koolstofdioxide) en wordt door erosie weggevoerd door rivieren, wind, ijs en golven. Waar de stroming afneemt, bezinkt het materiaal: grof grind eerst, zand daarna, fijne klei pas in stilstaand water. Onder het gewicht van nieuwe lagen wordt het sediment samengedrukt en kitten opgeloste mineralen (kalk, kwarts, ijzeroxide) de korrels aan elkaar: cementatie. Zo wordt los zand na miljoenen jaren zandsteen. Er zijn drie soorten sedimentgesteenten:
| Soort | Waaruit | Voorbeelden |
|---|---|---|
| Klastisch (brokken) | korrels van ouder gesteente; ingedeeld naar korrelgrootte | conglomeraat (grind, > 2 mm), zandsteen (zand, 0,063–2 mm), siltsteen, kleisteen en schalie (klei, < 0,002 mm) |
| Biogeen (organisch) | resten van organismen | kalksteen en krijt (schelpen en kalkalgen), steenkool (plantenresten uit moerassen) |
| Chemisch | neergeslagen uit oplossing, vaak door verdamping van zeewater | steenzout, gips (evaporieten), sommige kalksteen |
Sedimentgesteenten zijn de enige gesteenten met veel fossielen, en de lagen vertellen in volgorde de geschiedenis: onder is ouder dan boven, zolang de lagen niet zijn omgeplooid. Ook aardolie en aardgas zitten bijna altijd in sedimentgesteente.
Metamorfe gesteenten: omgevormd zonder te smelten
Komt gesteente diep in de korst terecht, bijvoorbeeld bij een botsing van continenten, dan stijgen druk en temperatuur. Boven ongeveer 200 °C gaan mineralen herkristalliseren tot nieuwe mineralen die bij die omstandigheden stabiel zijn. Het gesteente blijft vast; smelt het, dan is het magma en wordt het later stollingsgesteente. Bij regionale metamorfose (gebergtevorming, druk en temperatuur over grote gebieden) worden plaatvormige mineralen loodrecht op de druk gericht: het gesteente krijgt een gelaagd, splijtbaar uiterlijk. Bij contactmetamorfose wordt gesteente gebakken door een nabije magmamassa.
| Moedergesteente | Metamorf gesteente | Kenmerk |
|---|---|---|
| Kalksteen | marmer | gekristalliseerde calciet, zonder fossielen; beeldhouwsteen |
| Zandsteen | kwartsiet | zeer hard; breekt dwars door de korrels heen |
| Kleisteen / schalie | leisteen → fylliet → schist | toenemende temperatuur: steeds grovere glimmerplaatjes |
| Graniet of schist | gneis | lichte en donkere banden; hoogste graad vóór smelten |
De gesteentekringloop
De Schotse geoloog James Hutton zag rond 1785 als een van de eersten dat gesteenten niet eeuwig zijn, maar steeds worden afgebroken en opnieuw gevormd. Dat proces heet de gesteentekringloop (gesteentecyclus). Er is geen vaste volgorde: elk gesteente kan elke route nemen.
- Stollen: magma koelt af tot stollingsgesteente.
- Opheffing en verwering: gebergtevorming brengt gesteente omhoog, waar het verweert en erodeert.
- Transport en afzetting: rivieren, wind en ijs voeren het sediment naar laagtes en zeeën.
- Verharding: begraven sediment wordt sedimentgesteente.
- Metamorfose: diep begraven of bij plaatbotsingen wordt het metamorf gesteente.
- Smelten: in subductiezones of diep onder gebergten smelt gesteente weer tot magma.
De motor achter de kringloop is tweeledig: de warmte uit het binnenste van de aarde drijft mantelconvectie, vulkanisme en gebergtevorming aan; de zon drijft via de waterkringloop verwering en erosie aan. Een volledige ronde duurt tientallen tot honderden miljoenen jaren. Gesteente dateren gebeurt met radioactieve isotopen en hun halfwaardetijd; de oudste mineraalkorrels op aarde, zirkonen uit West-Australië, zijn ongeveer 4,4 miljard jaar oud.
Wordt alle gesteente uiteindelijk zand? Nee. Erosie maakt van gesteente niet alleen zand, maar ook klei en opgeloste stoffen. Zand bestaat vooral uit kwarts, omdat kwarts hard (hardheid 7) en chemisch zeer bestendig is. Veldspaat verweert grotendeels tot kleimineralen, en kalksteen lost op in licht zuur regenwater; de opgeloste calcium komt later via schelpdieren weer in kalksteen terecht. Basalt levert vrijwel geen zand maar vooral klei. En zand is geen eindpunt: het wordt begraven tot zandsteen, omgezet tot kwartsiet of in een subductiezone de mantel in gevoerd. Zand is dus een tussenstation in de kringloop, geen eindstation.
Mineralen: de bouwstenen van gesteente
Een mineraal is een natuurlijke, vaste stof met een vaste chemische samenstelling en een geordende kristalstructuur. Er zijn duizenden mineralen bekend, maar een handvol maakt het grootste deel van de korst uit. De korst bestaat voor bijna de helft (gewichtsprocenten) uit zuurstof en voor ruim een kwart uit silicium; de meeste gesteentevormende mineralen zijn daarom silicaten.
- Veldspaat — het meest voorkomende mineraal in de korst; in graniet roze of wit.
- Kwarts (SiO₂) — glasachtig, hard; hoofdbestanddeel van zand.
- Mica (glimmer) — splijt in dunne glanzende plaatjes.
- Olivijn en pyroxeen — groene en donkere mineralen in basalt en in de mantel.
- Calciet (CaCO₃) — hoofdbestanddeel van kalksteen en marmer; bruist met verdund zoutzuur doordat er CO₂ vrijkomt (zie zuren en basen).
Om mineralen te herkennen gebruiken geologen onder meer kleur, glans, splijting en hardheid. De schaal van Mohs rangschikt tien mineralen: een mineraal krast alles wat lager staat.
| Hardheid | Mineraal | Vergelijking |
|---|---|---|
| 1 | talk | met nagel te krassen |
| 2 | gips | met nagel te krassen (nagel ≈ 2,5) |
| 3 | calciet | met koperen munt te krassen |
| 4 | fluoriet | makkelijk met mes |
| 5 | apatiet | nog net met mes (mes, glas ≈ 5,5) |
| 6 | orthoklaas (veldspaat) | krast glas |
| 7 | kwarts | krast glas makkelijk |
| 8 – 10 | topaas, korund, diamant | diamant is het hardste natuurlijke mineraal |
De ondergrond van Nederland en België
Nederland: vooral los sediment. Bijna overal in Nederland bestaat de bovenste tientallen tot honderden meters uit los, onverhard sediment uit de laatste paar miljoen jaar: zand, klei en veen, afgezet door de Rijn, de Maas, de zee en de wind. In het westen en noorden liggen zeeklei en veen, in het oosten en zuiden zand. Tijdens de voorlaatste ijstijd (het Saalien) duwde landijs uit Scandinavië stuwwallen op zoals de Veluwe en de Utrechtse Heuvelrug, en liet het keileem en zwerfstenen achter. De hunebedden in Drenthe zijn gebouwd van zulke zwerfkeien: graniet en gneis uit Scandinavië.
Vast gesteente aan het oppervlak vind je alleen in Zuid-Limburg. Daar ligt kalksteen uit het Krijt, ongeveer 70 tot 66 miljoen jaar oud: de Maastrichtse kalksteen (mergel) van de Sint-Pietersberg, waarnaar de geologische tijdsnede Maastrichtien is genoemd. Er zijn fossielen van zee-egels, ammonieten en de mosasaurus in gevonden. In de diepere ondergrond van Limburg ligt steenkool uit het Carboon, tot 1974 gewonnen.
Diep onder Groningen zit het aardgas in poreuze zandsteen uit het Perm op ongeveer 3 km diepte. Het gas zelf ontstond uit de nog diepere steenkoollagen uit het Carboon. Een dikke laag steenzout uit het Zechstein erboven sluit het reservoir af; dat zout wordt in Hengelo, Delfzijl en Veendam gewonnen. Bouwstenen zijn in Nederland grotendeels geïmporteerd: het Paleis op de Dam is van Bentheimer zandsteen uit Duitsland, en de basaltblokken op onze dijken komen uit Duitse groeven.
België heeft veel meer vast gesteente aan het oppervlak. In de Ardennen liggen oude, geplooide gesteenten uit het Paleozoïcum: leisteen (vroeger voor daken gewonnen), kwartsiet en zandsteen. De bekende blauwe hardsteen (ook ‘petit granit’) uit Henegouwen en de Condroz is geen graniet maar een kalksteen uit het Carboon vol fossiele zeelelies. In de Kempen werd tot 1992 steenkool gewonnen.
Veelgestelde vragen
Wat zijn de drie hoofdgroepen gesteente?
Stollingsgesteenten, die ontstaan als magma of lava stolt (graniet, basalt); sedimentgesteenten, die ontstaan uit afgezette en verharde korrels, schelpen of neerslag (zandsteen, kalksteen); en metamorfe gesteenten, bestaand gesteente dat door druk en hitte is omgevormd (marmer, leisteen, gneis).
Wordt alle gesteente uiteindelijk zand door erosie?
Nee. Erosie levert zand, maar ook klei en opgeloste stoffen. Zand bestaat vooral uit kwarts, omdat dat hard en bestendig is. Bovendien is zand geen eindpunt van de gesteentekringloop: het wordt weer zandsteen, kwartsiet of verdwijnt bij subductie in de mantel.
Wat is de gesteentekringloop?
De gesteentekringloop is het eindeloze proces waarin gesteenten worden gevormd, afgebroken en opnieuw gevormd: stollen, verweren, eroderen, afzetten, verharden, metamorfose en smelten. Elk gesteente kan zo in elk ander gesteente overgaan, over tientallen tot honderden miljoenen jaren.
Wat is het verschil tussen een mineraal en een gesteente?
Een mineraal is één natuurlijke stof met een vaste chemische samenstelling en kristalstructuur, zoals kwarts. Een gesteente is een mengsel van een of meer mineralen, zoals graniet, dat uit kwarts, veldspaat en mica bestaat.
Waarom heeft graniet grote kristallen en basalt kleine?
Graniet stolt langzaam diep in de aardkorst, zodat de kristallen tijd hebben om te groeien. Basalt stolt snel aan het oppervlak uit lava, waardoor de kristallen klein blijven.
Welke gesteenten vind je in Nederland?
Aan het oppervlak vooral los zand, klei en veen. Vast gesteente komt alleen in Zuid-Limburg aan de oppervlakte: kalksteen uit het Krijt, zoals de mergel van de Sint-Pietersberg. Dieper liggen zandsteen, steenzout en steenkool, en in het noorden en oosten zwerfstenen uit Scandinavië.