Van zand tot zandsteen

Losse sedimenten zoals klei, löss en zand beschouwt men in de geologie als gesteente. De overgang van los materiaal naar een meer vast gesteente verloopt namelijk gradueel. Als zandafzettingen door andere bodemlagen bedekt raken, kunnen zandkorrels door circulerend grondwater heel geleidelijk met elkaar verkitten.

 

Gelaagd smeltwaterzand uit de Elster-ijstijd - Werpeloh (Dld.)

Eenmaal gesedimenteerd kunnen er met het afzette zand twee dingen gebeuren. Het zand kan door geologische gebeurtenissen eroderen en verdwijnen. Zandafzettingen kunnen ook bedekt raken door andere, jongere afzettingen. Dit gebeurt vooral in situaties met een dalende bodem, zoals in ons land. Zandlagen komen hierdoor op een steeds dieper niveau in de aardkorst te liggen. Circulerend grondwater met daarin opgelost silica, kalk of ijzer verkit de zandkorrels, waardoor zandsteen ontstaat. 

 

Grondwater bevat altijd opgeloste stoffen, waaronder ijzer en kalk. Ook silica kan in water oplossen. Dit laatste gebeurt vooral bij zandafzettingen die op wat grotere diepte in de aardkorst begraven zijn. Door het gewicht van bovenliggende afzettingen worden zandkorrels sterker op elkaar gedrukt. Omdat de raakvlakjes van de ronde korrels erg klein zijn, lost op die plaatsen een beetje zand op. De opgeloste silica wordt door circulerend grondwater in de poriën tussen de zandkorrels afgescheiden. Zandkorrels zijn in feite kleine kristalfragmenten. Opgeloste silica zet zich hierop af, waardoor zandkorrels groeien en met elkaar verkitten. De verkiezeling van zandafzettingen is een geleidelijk verlopend proces.

 

Bontzandsteen - Busenberg, Pfalz (Dld.)

Bontzandsteen is een woestijnafzetting uit de vroege Trias-periode, ca. 250 miljoen jaar geleden. De Pfalz lag toen op de plaats waar zich nu de Sahara bevindt. De rode zandsteen dankt zijn kleur aan ijzeroxide (hematiet), dat dunne huidjes om de zandkorrels vormt en deze rood kleurt. 
De zandige, grindhoudende bontzandsteen op de foto is een wadi-afzetting met kriskrasgelaagdheid. Tijdens zeldzame regenbuien zijn door woest stromend water in wadi's (tijdelijke rivieren) grote hoeveelheden zand en grind afgevoerd, waarna alles weer opdroogde. 

 

Bijenraatverwering (Wabenverwitterung) van bontzandsteen - Busenberg, Pfalz (Dld.)

Bontzandsteen is niet sterk verkit. Het gesteente is verweringsgevoelig. Tussen de zandkorrels zitten veel poriën. Indringend vocht lost in het gesteente bindmiddel op, dat bij uitdroging aan de buitenzijde weer wordt uitgescheiden. Dit resulteert in een zeer bijzondere vorm van verwering. In Duitsland noemt men dit 'Wabenverwitterung' ofwel bijenraatverwering.

 

Zand verandert door verkitting van de korrels in zandsteen. Omgekeerd kan zandsteen ook weer tot los zand verweren. Dit laatste is te zien in de Duitse Pfalz en de Franse Vogezen, waar rode bontzandsteenrotsen plaatselijk zo verweren, dat op verschillende plaatsen afzettingen van roodkleurig zand zijn ontstaan. Het losse bontzandsteen-zand wordt hier en daar in kleine zandgroeves geëxploiteerd. De bekende Old Red zandsteen uit het Vroeg-Devoon van Estland en Letland en aangrenzend Oostzeegebied, is lokaal zo slecht verkit, dat dit door verwering makkelijk weer tot los zand uiteenvalt. Aan het Peipusmeer in Estland bestaan sommige stranden en duinen louter uit zand van verweerde Devonische Old Red zandsteen. Ook in ons land merken we daar iets van. In Oost-Drenthe komt op de zandruggen van het Hondsrug-complex een roodbruin gekleurde keileem voor. Deze morene dankt zijn kleur aan klei en zand dat het gletsjerijs in de Saale-ijstijd uit Old-red zandsteen in het Oostzeegebied heeft opgenomen.

 

Old Red zandsteen - Peipusmeer, Estland

Deze rode zandsteen is ca. 408-370 miljoen jaar geleden afgezet. Het bestaat uit erosieproducten van het Caledonisch gebergte. Dit vormde in het Vroeg-Devoon een langgerekt ketengebergte, waarvan de afgesleten resten voorkomen in Noorwegen, Schotland en Noord-Amerika. 

Old Red duinzand (recent) - Peipusmeer, Estland

Old Red zandsteen is deels een mariene zandsteenformatie. De zandsteen is rood gekleurd door hematiet (ijzeroxide). De verkitting van het zand is slecht. Door verwering valt deze zandsteen vrij snel uiteen in zand. Langs de kust van het Peipusmeer is het losse Old Red zand plaatselijk tot duinen opgewaaid. 

 

Old Red zandsteen - Zwerfsteen van Groningen

Vroeg-Devonische Old Red zandsteen komt als zwerfsteen zeldzaam voor in de rode Nieuweschoot-keileem op de noordelijke Hondsrug. De donkere vlekjes in het gesteente zijn kleine, door stromend water iets afgeronde kleiplakjes, die destijds tegelijk met het zand zijn afgezet. 

Nieuweschootkeileem (rode keileem) - N33 bij Gieten

Dit Oost-Baltische keileem-type dankt zijn roodbruine kleur aan opgenomen componenten uit verweerde Old Red zandsteen in Estland, Letland en de voortzetting daarvan op de Oostzeebodem.

Smeltwaterlens in Nieuweschoot-keileem - N33 bij Gieten (Dr.)

Door smeltprocessen in het ijs van de Hondsrug-ijsstroom, op het laatst van de Saale-ijstijd, zijn delen van de zandige Nieuweschoot-keileem geërodeerd en verspoeld. Hierbij ontstonden op en in het ijs smeltwater-afzettingen. Deze vormen vaak onderbroken lenzen en lagen in de keileem. 

Smeltwaterzand met scheve gelaagdheid - N33 bij Gieten

Smeltwater in het ijs heeft het uitgespoelde zand in lagen boven elkaar afgezet. Door wisseling van stroomrichting ontstond scheve gelaagdheid (kriskras-gelaagdheid). De licht bruinrode kleur komt door zandkorrels die afkomstig zijn uit verweerde Vroeg-Devonische Old Red zandsteen.

Zandsteen

Zand dat diagenetisch verhardt, noemt men zandsteen. Het is een kwestie van tijd en vaak ook van diepte, dat afzettingen van los zand in de bodem in zandsteen veranderen. Zandkorrels kunnen door kiezel, kalk, ijzer en door kleideeltjes, met elkaar verkitten tot zandsteen. Dit gebeurt door circulerend poriewater, met opgeloste stoffen en die deze rond de zandkorrels en in de poriën afzet. Ook oppervlakkig gelegen zandlagen kunnen onder warm/vochtige omstandigheden geheel of gedeeltelijk in keiharde kiezelzandsteen veranderen. Het bekende cement-kwartsiet (silcrete) is zo ontstaan.

 

Cementkwartsiet  - Zwerfsteen van Borger (Dr.)

Dit keiharde gesteente is door verkiezeling ontstaan. Cement-kwartsiet van noordelijke origine is zeldzaam. Zwerfstenen zijn waarschijnlijk afkomstig uit Denemarken. Ondiep gelegen zandafzettingen zijn in het Tertiair, in een warm-vochtig klimaat, door toevoer van silica in grondwater verkiezeld. Hierbij zijn de poriën in het zand volledig opgevuld met kiezelmateriaal. Van dichtbij heeft cement-kwartsiet een structuur die op voegen-cement lijkt. Cement-kwartsiet komt als oostelijke en zuidelijke zwerfsteen in ons land meer voor. Sommige typen zijn ontwikkeld als conglomeraat. 

 

In het Gooi zijn in zandgraverijen grillig gevormde keiharde zandsteenpartijen aangetroffen. Het zand is daar lokaal door kalk verkit. De kalk is afkomstig uit verweerde keileem. Het is daarin door wegzijgend regenwater opgelost. Hetzelfde is het geval op de zuidelijke Hondsrug bij Emmen. Door de hoge ligging zijn aanwezige kalk en kalkstenen in oppervlakkig gelegen keileemlagen opgelost. De opgeloste kalk is met grondwater naar diepere niveau’s gemigreerd. Aan de onderzijde van het keileempakket is het onderliggende zand verkit tot zandsteen. Door wijze van kristallisatie vormt kalk samen met ingegroeide zandkorrels kogelvormige structuren van een paar millimeter doorsnede, oplopend tot een paar centimeter. Hoewel het (kalk)zandsteen is, speelt transport in dit geval geen rol. Men spreekt daarom van plaatseigen zandsteen.

 

Plaatseigen kogel-zandsteen - Dierentuin Emmen (Dr.)

Zandafzettingen op de zuidelijke Hondsrug, die Oost-Baltische keileem aan de onderzijde begrenzen, zijn lokaal door circulerend kalkhoudend grondwater verkit. De kristallisatie van calciet in de poriën van het zand heeft kogelvormige structuren gevormd. De kogels kunnen doorsneden bereiken van enkele centimeters.