Waar komt vuursteen van nature voor?

Vuurstenen, zoals wij die kennen van de bospaden, de heide of van de stranden langs de Oostzee, zijn uitsluitend afkomstig uit kalksteenafzettingen uit het Boven-Krijt en het Onder-Tertiair (Danien). Bij vuursteen in geologisch oudere afzettingen gaat het om verkiezelde kalksteen. Dit is weliswaar ook vuursteen, maar niet de echte.

Vuursteen is een zeer veel voorkomende steensoort. In Drenthe kom je op bospaden, heidevelden, in zandverstuivingen en ook bij graafwerkzaamheden veel vuurstenen tegen. Ze hebben verschillende kleuren en vormen. Op de Duitse en Deense Oostzeestranden is vuursteen nog algemener. De meeste stenen op de foto zijn strandrolstenen van vuursteen.

Vuursteen noemt men in de geologie ook wel silex. Dit is afgeleid van silicium = kiezelzuur oftewel SiO₂. Vuursteen vormt concreties die in lagen boven elkaar voorkomen in kalksteenafzettingen uit het Boven-Krijt. De donkere vuursteenbanden tekenen zich al van een afstand in het witte krijtgesteente af. De vuursteenlagen verlopen zo mooi evenwijdig dat het lijkt alsof ze langs een liniaal getrokken zijn. De krijtkalk zelf is een fijnkorrelige, zachte en sterk poreuze kalksteen. In de hand geeft een stuk schrijfkrijt vaak poederig af. Vroeger werd krijtkalk gebruikt om schrijfkrijtjes voor schoolgebruik van te maken. Op het eiland Bornholm maakt men van kalkslib uit vermalen krijtkalk tegenwoordig nog witselkalk voor muren en dergelijke.

Wit schrijfkrijt bestaat vrijwel volledig uit zeer kleine skeletonderdelen van kalkalgen. Deze microscopisch kleine kalkelementjes, plaatjes eigenlijk, noemt men coccolieten. De kleine kalkplaatjes zijn bolvormig rond de cel van een alg gerangschikt. Deze eencellige algen, coccolithoforen geheten, leefden in enorme aantallen in de warme Krijtzeeën. Of de grote aantallen te danken zijn aan een seizoenmatige periode van algenbloei, is niet duidelijk. Wel is bekend dat deze algen onder gunstige omstandigheden zich snel voortplanten en enorm uitgestrekte ‘wolken’ in zeewater kunnen vormen. Ook tegenwoordig komen coccolithoforen in zee nog voor.

Bij het afsterven van de algen vielen de kalkskeletjes in onderdelen uiteen. Deze zakten als coccolieten naar de bodem van de zee en vormden daar, samen met de kalkige overblijfselen van tal van andere zeedieren, een laag kalkslib. Hieruit ontstond na verloop van tijd een vast gesteente: schrijfkrijt. Schrijfkrijtafzettingen vormen een karakteristiek type sediment, dat in grote delen van West- en Noordwest-Europa in het Boven-Krijt is gevormd. Waar het gesteente niet aan het oppervlak ligt, komt het in de ondergrond voor.

Langs de Noordzeekust van Jutland in Denemarken vormt de Bullbjerg een opmerkelijk steile heuvel van schrijfkrijt. De steile heuvel vormt een soort puist in zee. Aan de gelaagdheid is te zien dat deze verstoort is. De oorspronkelijk horizontale kalk- en vuursteenafzettingen zijn licht gebogen. De krijtheuvel van Bullbjerg is door het ijs in de laatste ijstijd van de voorliggende zeebodem opgenomen en iets landinwaarts verplaatst. Door stuwing van het landijs is de gelaagdheid verstoord.

Vulkanisme en tektoniek

De verdeling van land en zee was in het Boven-Krijt geheel anders dan tegenwoordig. Ook het klimaat was een stuk warmer. Tot op hoge breedten was het subtropisch. Het warme klimaat was gunstig voor de ontwikkeling van algen. Ook in geologisch opzicht was er het een en ander aan de hand. De platentektoniek was in een hogere versnelling geraakt.  Nadat het grote oercontinent Pangea in de Jura-periode daarvoor was opgebroken, zette het uiteendrijven van continenten zich in het Krijt versneld voort.

Langs de vele mid-oceanische ruggen was sprake van hevig vulkanisme en een relatief snelle spreiding van de zeebodem. Uitgestrekte diepe oceaanbodemvlakten (abyssische vlakten) zoals die tegenwoordig in de oceanen voorkomen, waren in het Boven-Krijt veel minder aanwezig. Het actieve vulkanisme langs de mid-oceanische ruggen had tevens als gevolg dat dit brede en hoge bergruggen op de zeebodem vormden. De oceanen waren daardoor ondieper dan thans. De zeespiegel stond daardoor wereldwijd meer dan 100 meter hoger dan tegenwoordig. Overal op aarde waren uitgestrekte delen van de continenten door zeewater overstroomd. De warme ondiepe krijtzeeën drongen toen ver door op de continenten. Ook in Europa was dit het geval.

De platentektoniek was in de Krijt-periode in een versnelling geraakt. De zeebodemspreiding langs talrijke mid-oceanische ruggen verliep veel sneller dan tegenwoordig. Door de snelle spreiding van de zeebodem vloeide veel lava aan weerszijden van de mid-oceanische ruggen uit. Deze veranderden door het uitbundige vulkanisme in brede, duizenden kilometers lange onderzeese gebergteruggen. De oceanen waren in die tijd niet diep. Het gevolg was dat zeewater grote delen van de continenten overstroomde. In Europa zorgde dit ervoor dat op veel plaatsen honderden meters dikke kalksteenlagen op de zeebodem afgezet werden.

De onderbroken rode lijnen zijn mid-oceanische spreidingsruggen. De ononderbroken rode lijnen op de continenten zijn gebergten.

In het Tertiair en in het Pleistoceen kwamen grote delen van de zeebodem uit het Krijt door opheffing langzaam boven water. De opening van de noordelijke Atlantische Oceaan was hier voor een deel debet aan. Ook de vorming van de Alpen en het omhoog komen van het Rijn Leisteenplateau met delen van de Ardennen droeg hier een steentje aan bij. Tegenwoordig liggen in grote delen van Noordwest-Europa dikke pakketten krijtkalk aan het aardoppervlak. In ons land is dit alleen in Zuid-Limburg het geval, maar schrijfkrijt-afzettingen zijn op enige diepte overal in de ondergrond van Nederland aanwezig. Dit is ook het geval onder de Noordzee, in Noordwest-Duitsland en Denemarken.

Waar vinden we schrijfkrijt uit de Krijtperiode?

Witte schrijfkrijtlagen met vuursteenbanken uit het Boven-Krijt komen voor in Frankrijk, Engeland, België, Nederland, Duitsland, Zweden en Denemarken. In ons land zijn deze afzettingen bekend van de St.Pietersberg. Hier exploiteerde de ENCI tientallen jaren kalksteen in een grote groeve voor de cementfabricage. In de volksmond spreekt men niet van schrijfkrijt of kalksteen, maar van Limburgse mergel. De bekende toeristische Mergelroute maakt dit nog eens duidelijk, hoewel de kalksteen in Zuid-Limburg niets met mergel te maken heeft. Mergel komt wel voor als Muschelkalk bij Winterswijk, waar het gesteente in een groeve gewonnen wordt. Mergel is een gesteente dat deels uit kalk en klei bestaat. In Zuid-Limburg komt alleen een zeer zuivere kalksteen voor.

Heel bekend zijn de witte krijtkliffen bij Calais en Dover. Ook langs de zuidkust van Engeland, tot voorbij het eiland Wight zijn de hagelwitte kalksteenkliffen van grote afstand zichtbaar. Misschien wel het meest gefotografeerd zijn de bekende Seven Sisters. Deze vormen een reeks van zeven hagelwitte krijtkliffen in het Nationaal Park South Downs tussen Eastbourne en Seaford in Zuid-Engeland. Aan de overzijde van het Kanaal bij Etretat aan de kust in Normandië, zijn de tientallen meters hoge, loodrecht uit zee oprijzende krijtkliffen, minstens zo indrukwekkend.

Schrijfkrijtvoorkomens in Duitsland en Denemarken

In Duitsland en Denemarken komen schrijfkrijtafzettingen met vuursteenbanden op verschillende, vaak geïsoleerde plaatsen voor. In de Weichsel-ijstijd zijn van de bodem van de zuidelijke Oostzee en ook in Denemarken enorme samenhangende pakketten krijtgesteente door het landijs uit de ondergrond losgebroken en kilometers ver getransporteerd. Vooral de indrukwekkend steile krijtrotsen op Rügen zijn na de eenwording van Duitsland toeristische trekpleisters geworden. Over een lengte van ongeveer vijftien kilometer zie je langs de kust de witte krijtrotsen zo’n twintig tot honderd meter boven de zee uitsteken. De witte rotsen vormen een prachtig contrast met de groene beukenbossen en het blauwe zeewater.

Stubenkammer en de Königstuhl liggen aan de kust van het natuurgebied Jasmund op Rügen. De ondergrond van Jasmund op Rügen bestaat uit een aantal dakpansgewijs gestapelde pakketten schrijfkrijt. De kalksteenpakketten zijn door de stuwende werking van het landijs in de laatste ijstijd van de Oostzeebodem opgenomen en een aantal kilometers naar het zuiden verplaatst. Op de krijtkalk van het natuurpark Jasmund heeft zich een indrukwekkend opgaand beukenbos ontwikkeld, dat op zijn minst 700 jaar oud is. Bij goed weer is het goed mogelijk om vanuit de Piratenschlucht in Sassnitz over het vuursteenstrand langs de krijtrotsen naar Stubenkammer te lopen. Een onvergetelijke ervaring, zowel wat de steile witte kliffen van schrijfkrijt betreft als vuursteen. De door de branding afgeronde vuurstenen liggen bij miljoenen op het strand. Over Piratenschlucht gesproken, het verhaal wil dat deze beboste erosiegeul naar het strand de plaats aangeeft waar in de 14^e eeuw de beroemde en beruchte vrijbuiter Klaus Störtebeker zijn toevlucht zocht en daar ook zijn veroverde schatten zou hebben begraven.

In Denemarken vormen de krijtkliffen van Stevens Klint en die op Mön vergelijkbare voorbeelden. De hoog oprijzende krijtrotsen lijken ter plaatse te zijn ontstaan, maar vormen in feite net als op Rügen enorme ijstektonisch verplaatste schrijfkrijtpakketten. Steenzoutkoepels uit het Perm in de ondergrond in Noord-Duitsland zijn er verantwoordelijk voor dat op een aantal plaatsenafzettingen van wit schrijfkrijt tot aan het oppervlak omhoog geperst zijn. Dit is het geval bij Helgoland, Hemmoor en Lägerdorf noordwestelijk van Hamburg. Bij Lägerdorf wordt deze witte kalksteen in een grote groeve geëxploiteerd.

Miljoenen en nog eens miljoenen vuurstenen

Op het Duitse eiland Rügen vind je bij Neu-Mukran de inmiddels beroemde vuursteenvelden. Deze vuursteenvlakten met hun verspreide eilandjes van heide, berken en jeneverbessen vormen een volstrekt uniek landschap. Om er te komen is niet moeilijk. Opzij van de weg van Neu Mukran naar Binz wijzen borden er naar toe.

Het gebied staat bekend als de Schmale heide. Het is een smalle gebogen strook land van ruim negen kilometer lengte, dat na de laatste ijstijd door de werking van de zee is ontstaan. In dit gebied vormen de ongeveer 40 hectare grote vuursteenvelden sinds 1935 een beschermd natuurgebied. Vrijwilligers zorgen er voor dat de vuurstenen niet door heide, grassen en boomgroei overwoekerd worden.

Tussen Mukran en Binz op het Duitse eiland Rügen liggen de veertig hectare grote Feuersteinfelder van Neu-Mukran. Ze bestaan in hoofdzaak uit afgerolde vuurstenen, die in het Holoceen door de branding van de zee uit de krijtrotsen van Jasmund zijn gespoeld en afgerond. Vanuit de lucht vormt het terrein een lappendeken van eilandjes met heide, struiken en bomen. Vooral jeneverbessen voelen zich hier thuis.

De vuursteenvelden van Neu Mukran bestaan uit veertien strandwallen die in de periode van 4000 tot 3500 jaar geleden door stormvloeden zijn ontstaan. Dat deze tegenwoordig hoog en droog boven de zeespiegel liggen, komt doordat Rügen na de laatste ijstijd bevrijd werd van het enorme gewicht van het landijs. Hierdoor is het eiland na de ijstijd heel langzaam omhooggekomen. De vuurstenen zijn eerder door de zee uit de krijtrotsen van het schiereiland Jasmund geërodeerd. Daarbij werden de vuursteenknollen door de branding afgerond tot rolstenen, waarbij ze door golfwerking langzamerhand zuidwaarts zijn getransporteerd.

De hoeveelheid stenen is overweldigend, maar niet alles is vuursteen. Hoewel deze ruim 90% van alle stenen uitmaken, wordt de rest gevormd door noordelijke zwerfstenen. Granieten en gneizen vormen het merendeel. Oorspronkelijk bestond het gebied uit een open  heidelandschap. Het bos in de omgeving dateert uit de 18^e eeuw toen bomen en struiken werden geplant om de kustlijn te beschermen.

Door wandelaars wordt er vanzelfsprekend tussen de miljoenen vuurstenen gezocht naar versteende zee-egels

en andere vuursteenfossielen. Menige wandelaar zoekt er naar Hühnergötter. Dit zijn vuurstenen met een gat er in. Hühnergötter kun je aan een touwtje ophangen. Vroeger deden boeren dit omdat ze geloofden in de heilzame werking voor het vee. Het zou de dieren tegen ziekten beschermen. Het loont de moeite om opzij van deze stenen en fossielen ook te letten op bijzondere typen vuursteen, fraai gevormde rolstenen met holten waarvan de wanden met glasheldere kwartskristallen zijn begroeid. Ook komen in de vuurstenen holten voor die gevuld zijn met druiventros-vormige chalcedoon. Vaak is dit mineraal blauwachtig wit, maar rood geoxideerde chalcedoonbolletjes zijn ook te vinden. Ondanks de overweldigende hoeveelheid vuurstenen is het niet waarschijnlijk dat mensen in de prehistorie hier vuurstenen gezocht hebben om daar werktuigen van te maken. In de omgeving was genoeg vuursteen te vinden van betere kwaliteit.

Vuursteen in banden en hun regelmaat

De lagen met vuursteenknollen liggen doorgaans op regelmatige afstanden van elkaar in de kalksteen. Ze tekenen zich van enige afstand af als donkere lijnen in de witte kalksteen. Opmerkelijk is de regelmatige opeenvolging. Dat dit op toeval berust lijkt niet waarschijnlijk. De vuursteenbanden zijn gekoppeld aan niveaus in de kalksteen waar veel graafgangen van kreeften en wormen voorkomen. Deze zones ontstonden, als in de warme krijtzee periodiek sprake was van weinig sedimentatie. Opvallend is ook dat vorm en grootte van de vuursteenconcreties binnen dezelfde laag betrekkelijk gelijk zijn, maar dat deze vaak sterk afwijken van die in de lagen erboven of eronder.

De opvallende afwisseling van vuursteenbanden en lagen wit schrijfkrijt doet denken aan periodiek veranderende sedimentatie-omstandigheden. Deze cyclische afwisselingen kunnen een astronomische oorzaak hebben gehad. Het is niet onderzocht maar mogelijk hangen ze samen met de 100.000 en 400.000 jaar durende cycli in de excentriciteit van de baan van de aarde om de zon. Vergelijkbare afwisselingen in mariene sedimenten zijn op veel meer plaatsen aangetroffen. Ze zijn vooral bekend uit het Middellandse zeegebied. Op verschillende plaatsen, onder meer op Sicilië, Cyprus en in Spanje komen lichtkleurige gelaagde pakketten zee sediment voor, die een afwisseling laten zien van mergelkalk en donkere sapropeel-houdende lagen. Hiervan is vastgesteld dat deze een koppeling hebben met de baanvariaties van de aarde om de zon. De donkere sapropeellagen markeren een vochtig klimaat, waarbij rivieren uit het achterland sediment aanvoerden.

De gelaagdheid van de kalksteen met op bepaalde afstanden dikkere en dunnere kalkafzettingen aan zuidkust van Sicilië in Italië, lijkt vrij zeker veroorzaakt te zijn door variaties in de baan van de aarde om de zon. Al van grote afstand is de gelaagdheid als functie van de tijd te lezen. Blijkbaar veroorzaken de variaties in de omloopbaan, samen met de schommeling (precessie) en scheefstand (obliquiteit) van de aardas cyclische klimaatveranderingen, die zich weerspieglen in het Pliocene zeebodemsediment. De regelmatige opeenvolging van vuursteenbanden in schrijfkrijtafzettingen lijkt hiermee overeen te komen.

In de klimaatwetenschap is al tientallen jaren bekend dat de relatie tussen zon en aarde van doorslaggevende betekenis is voor het klimaat op aarde. Op zich hoeft dit niet te verbazen als we zien en merken dat vrijwel alle processen op zee en op land gestuurd worden door zonne-energie. Temperatuur, wind, regen, sneeuw, zeestromingen om maar een paar te noemen zijn het gevolg van de warmtestraling van de zon.

De aarde draait in een ellipsvormige baan om de zon. Excentriciteit is de maat waarin deze ellips afwijkt van een cirkel. De excentriciteit van de omloopbaan van de aarde om de zon wisselt, van nagenoeg cirkelvormig tot elliptisch. Deze kent twee periodiciteiten ofwel cycli. Een van 413.000 jaar en een tweede van globaal 100.000 jaar. Deze variatie in de omloop om de zon, in combinatie met rotatieverschuivingen en de stand van de aardas zelf, veroorzaakten niet alleen de ijstijden in het Pleistoceen, maar deze zijn voortdurend verantwoordelijk voor schommelingen in het klimaat, waarbij het tijdelijk kouder of warmer wordt, of juist droger of natter.

De variaties van de omloopbaan om de zon, de obliquiteit en de precessie zijn op deze afbeelding samen met hun tijdsduur in tekeningen weergegeven.

Deze kortstondige klimaatschommelingen hebben we in het huidige Holoceen ook al verschillende malen meegemaakt. De effecten hiervan worden klaarblijkelijk vastgelegd in het sedimentaire archief van de aarde. Niet alleen zijn de klimaateffecten overtuigend aangetoond in de opeenvolging van de hierboven genoemde zeebodemafzettingen in het Middellandse zeegebied, ze zouden ook al eerder, bijvoorbeeld in het Boven-krijt, gespeeld kunnen hebben. Het zou daarom interessant zijn om te onderzoeken of de opvallende opeenvolging van schrijfkrijt en vuursteenbanden met deze processen verband houden. De zeer regelmatige rangschikking van de vuursteenbanden in krijtafzettingen doet namelijk vermoeden dat deze ook gestuurd zijn door astronomische processen.

Het is een intrigerende gedachte dat de aanwezigheid van vuurstenen in Drenthe en omstreken, niet alleen gekoppeld is aan landijs uit de voorlaatste ijstijd, maar dat zowel ijstijden, als de afzetting van schrijfkrijt in het Boven-Krijt en het Vroeg-Tertiair, mogelijk te maken hebben met variaties in de omloopbaan van de aarde om de zon.