Zandsteen

Bontzandsteen.

Zandsteen is in het Nederlandse straatbeeld veelal te zien als bouwmateriaal in gevels maar komt, ondanks het talrijke voorkomen in de diepe ondergrond, nauwelijks als plaatseigen gesteente aan het oppervlak. Slechts in enkele delen van Twente, de Achterhoek en Limburg treffen we zandsteen aan, terwijl direct over de Duitse grens bij Enschede al sinds 1250 grootschalige zandsteenwinning plaatsvindt. Zandsteen komt als zwerfsteen echter wel veel voor aan het oppervlak. In Noord-Nederland is het voornamelijk afgezet tijdens de voorlaatste ijstijd door het landijs vanuit Scandinavië, terwijl het in Oost-Nederland vooral is aangevoerd door de grote rivieren vanuit het oosten.

Zandsteen is een zogenaamd sedimentair gesteente, of afzettingsgesteente, dat is ontstaan door het sedimenteren van losse zandkorrels, die vervolgens verkitten en verhardden tot een vast gesteente. We spreken uitsluitend van zand wanneer de diameter van de korrels varieert tussen de 0,0625-2 mm. De zandkorrels zijn in het gesteente eenvoudig te herkennen en bestaan uit geërodeerde fragmenten van mineralen of gesteenten. Vooral harde mineralen zoals kwarts en veldspaat, die relatief resistent zijn tegen erosie en verwering, bouwen het gesteente op. Afhankelijk van die samenstelling heeft zandsteen uiteenlopende kleuren en hardheden.

De grootte van de poriën tussen de zandkorrels bepaalt de porositeit en permeabiliteit, belangrijke eigenschappen wanneer zandsteen bijvoorbeeld dient als reservoir voor grondwater, aardolie of aardgas. Over het algemeen vormen de aaneengekitte zandkorrels een homogene structuur, maar sommige zandstenen vertonen bijzondere kenmerken. Zo bevatten sommige zwerfstenen van zandsteen fossielen, bijvoorbeeld schelpfragmenten, of andere sporen van leven zoals graafgangen van wormen. Ook sedimentaire structuren als stroomribbels of gelaagdheid zijn niet ongewoon. Zwerfstenen van zandsteen met een zeer typerende fossielinhoud of sedimentaire structuur kunnen we gebruiken om het herkomstgebied van het gesteente te achterhalen. Zulke zwerfstenen noemen we gidsgesteenten en bontzandsteen is daar een goed voorbeeld van.

Voorbeeld: bontzandsteen

De naam bontzandsteen is afgeleid van de in Duitsland aan het oppervlak veel voorkomende bontgekleurde rode zandstenen. Tegenwoordig wordt de naam ook gebruikt voor het oudste tijdvak van het Trias, de geologische periode waarin dit gesteente is afgezet. Kenmerken van bontzandsteen zijn afhankelijk van het specifieke herkomstgebied, maar in Nederland is bontzandsteen uit Midden-Duitsland in het stroomgebied van de Rijn het meest voorkomend en het best herkenbaar. Deze midden- tot grofkorrelige zandsteen is vooral te herkennen aan de opvallende baksteenrode kleur, de glinstering van de zandkorrels met dunne schilfers van kwarts, de duidelijke gelaagdheid en de ingesloten ronde bruinrode kleilenzen van enkele centimeters doorsnee. Een zeldzamer en minder goed herkenbaar voorbeeld van bontzandsteen is de fijn- tot middenkorrelige Weserzandsteen uit Noord-Duitsland, in het stroomgebied van de Weser. De zwerfstenen van bontzandsteen hebben een maximale doorsnee van enkele decimeters.

Sortering door een rivier van bron tot monding.

Zandsteen is een klastisch sedimentair gesteente, of afzettingsgesteente. Dit betekent dat het is opgebouwd uit fragmenten van verweerd en geërodeerd gesteente dat meestal is afgebrokkeld van een gebergte. De losse fragmenten zijn door water, ijs of wind vanaf de bron getransporteerd en vervolgens afgezet als sediment in een lager gelegen gebied, een zogenaamd sedimentair bekken zoals een zee, meer of rivierdal. Als de losse zandkorrels aaneenkitten door bijvoorbeeld klei of kalk en samengeperst worden door de druk van bovenliggende nieuwe sedimentlagen ontstaat uiteindelijk zandsteen. De zandkorrels zijn door schuren en botsen tijdens het transport mooi afgerond. Interessant is dat tijdens het transport het sediment gesorteerd wordt naarmate de stroomsnelheid en dus de draagkracht van het transportmiddel afneemt. Zo vinden we bijvoorbeeld bij de bron van een rivier grover materiaal dan bij de monding. Dit geeft zandsteen een homogene structuur, maar als de stroomsterkte niet constant is, varieert ook de korrelgrootte van het afgezette sediment en dit leidt tot de kenmerkende gelaagdheid van zandsteen.

Zandsteen is eigenlijk het afbraakproduct van oude gebergten en bestaat dus vooral uit harde en duurzame mineralen die bestand zijn tegen verwering en erosie. Ten slotte kunnen we in zandsteen regelmatig sporen van leven terugvinden. Denk aan fragmenten van fossielen die tegelijkertijd met de zandkorrels zijn afgezet, maar ook aan fossielen of sporen zoals graafgangen van organismen die in of op de bodem leefden toen het sediment werd afgezet. Zandsteen in de ondergrond is door gebergtevorming uiteindelijk weer aan het oppervlak gekomen, afgebrokkeld en door het landijs of door rivieren van de herkomstgebieden naar Nederland vervoerd als zwerfsteen.

Voorbeeld: bontzandsteen

Bontzandsteen is ontstaan tijdens het Vroeg-Trias, ongeveer 245 miljoen jaar geleden. De wereld zag er toen heel anders uit dan tegenwoordig. In die tijd ontstonden de eerste dinosauriërs en zoogdieren en vormden de huidige continenten een aaneengesloten supercontinent, genaamd Pangea. In Noordwest-Europa heerste een droog en warm woestijnklimaat en door het opbreken van Pangea ontwikkelde er zich een groot sedimentair bekken. Riviersystemen stroomden van het Londen-Brabant- en Rijnmassief in het zuiden naar deze binnenzee en zetten daarbij vooral in Nederland en Noord-Duitsland de kenmerkende bontzandsteen af. De baksteenrode kleur is typerend voor het droge woestijnklimaat, omdat onder zulke omstandigheden rode ijzeroxides ontstaan door roesten. De sedimentatie vond plaats gedurende ongeveer zes miljoen jaar en zo ontstond een dik pakket zand dat verkitte en verhardde tot zandsteen. In de Nederlandse ondergrond is dit pakket tot 900 meter dik, terwijl in Duitsland de bontzandsteen diktes bereikt van meer dan 1000 meter. De bontzandsteen is uiteindelijk door gebergtevorming in Midden- en Noord-Duitsland weer aan het oppervlak gekomen, waarna het door insnijding van rivieren tijdens de Pleistocene opheffing van het landschap is afgebrokkeld en naar ons land gebracht als zwerfsteen.

Geografie van Noordwest-Europa tijdens Vroeg-Trias.

Zandstenen zijn in Nederland zowel door het landijs vanuit het noorden als door rivieren vanuit het oosten aangevoerd en behoren daarmee zowel tot de noordelijke als tot de zuidelijke zwerfstenen. Zandstenen aangevoerd door het landijs vanuit Scandinavië komen vooral uit die gebieden waar sedimentaire gesteenten van de geologische periodes het Jotnium en het Cambrium aan het oppervlak komen. De Jotnische zandstenen van 1300-1100 miljoen jaar oud stammen uit het Precambrium en komen aan het oppervlak in Midden-Zweden, waarvan het bekendste gidsgesteente de Dalazandsteen uit Dalarna is met de zo kenmerkende golfribbels.

De zandstenen uit het Cambrium zijn 570-500 miljoen jaar oud en zijn vooral afkomstig uit Zuid-Zweden. Bekende voorbeelden zijn de scolithoszandsteen of buizenzandsteen uit Småland, met typerende graafgangen en hyolitheszandsteen uit Skåne, met veel fossielen van het weekdier Hyolithes.

Er zijn vele zandsteensoorten door rivieren aangevoerd en deze zijn vooral afkomstig uit de Ardennen en van het Rijn-Leisteenplateau. Bekende voorbeelden hiervan zijn de fijnkorrelige zandstenen uit het Devoon en Carboon, met kenmerkende fossielen als chonites, spiriferen en zeeleliestengels of crinoïden. Direct over de Duitse grens bij Enschede vinden we de bekende Bentheimer zandsteen en Gildehauser zandsteen, die ontstaan zijn tijdens het Vroeg-Krijt en in ons land ook veel aangetroffen worden als zwerfsteen.

Voorbeeld: bontzandsteen

Bontzandsteen is vooral afkomstig uit de Duitse middelgebergten van het Rijn-Leisteenplateau in het stroomgebied van de Rijn. Het is bijvoorbeeld mooi ontsloten bij Trier langs de Moezel en bij Heidelberg langs de Main. Weserzandsteen is afkomstig uit het stroomgebied van de Weser en is vooral aan het oppervlak te zien in de omgeving van Hamelen. In het stroomgebied van de Maas is geen bontzandsteen te vinden, hoewel bontzandsteenconglomeraat in het Moezeldal in de Vogezen is ontsloten. Tot het Midden-Pleistoceen behoorde de Moezel namelijk tot de bovenloop van de Maas en niet van de Rijn.

Zandstenen zijn als noordelijke zwerfstenen door het landijs tijdens de voorlaatste ijstijd vanuit Scandinavië naar Nederland gebracht. Deze ijstijd heet het Saalien en vond plaats tijdens het Midden-Pleistoceen (240.000-130.000 jaar geleden). Dankzij de enorme kracht van het landijs met een dikte van enkele honderden meters zijn relatief grote stukken zandsteen naar Nederland vervoerd en afgezet in grond- en eindmorene. Soms vertonen de zandstenen typische sporen van het landijstransport zoals gletsjerkrassen of afslijpingsvlakken.

De zandstenen die als zuidelijke zwerfstenen tijdens het Pleistoceen zijn aangevoerd door rivieren zijn door botsen en schuren over de rivierbodem afgerond. De zuidelijke zwerfstenen zijn over het algemeen kleiner dan de noordelijke zwerfstenen, omdat een rivier als transportmiddel minder krachtig is dan een gletsjer. Bovendien bevindt Nederland zich in de kalme benedenloop van de grote rivieren, waardoor het grofste materiaal al is afgezet voordat het rivierwater ons land bereikt. Daarentegen zijn opvallend grote zuidelijke zwerfstenen waarschijnlijk met drijvende ijsschotsen in de rivieren meegekomen tijdens koude perioden. De zwerfstenen van zandsteen zijn tijdens het Vroeg-Pleistoceen vanuit Duitsland en het Oostzeegebied aangevoerd door de Eridanos, de voorloper van de Elbe, Weser en Eems. Tijdens het Vroeg-, Midden- en Laat-Pleistoceen is zandsteen afgezet door de Maas en de Rijn vanuit de Ardennen, het Rijn-Leisteenplateau en andere Duitse middelgebergten.

Voorbeeld: bontzandsteen

Tijdens het Pleistoceen vond opheffing plaats van de Duitse middelgebergten door tektonische bewegingen na het ontstaan van de Alpen. De rivieren konden zich daardoor diep in het landschap insnijden, met als gevolg dat de bontzandsteen werd geërodeerd en naar het laaggelegen Nederland werd vervoerd. Zo zijn zwerfstenen van bontzandsteen tijdens het Vroeg-Pleistoceen door de Eridanos meegenomen vanuit het huidige stroomgebied van de Weser en tijdens het Vroeg-, Midden- en Laat-Pleistoceen door de Rijn vanuit de Duitse middelgebergten van het Rijn-Leisteenplateau. Opvallend is dat grote stukken bontzandsteen met een doornsnee van meer dan 50 cm waarschijnlijk naar Nederland zijn vervoerd met ijsschotsen in de Eridanos tijdens de koude perioden van het Vroeg-Pleistoceen.

Zandsteen met door winderosie aangetaste lagen.

Zandsteen is als sedimentgesteente veel gevoeliger voor verwering en erosie dan stollingsgesteenten en metamorfe gesteenten vanwege de poriën tussen de zandkorrels. Hierdoor zijn grote stukken zandsteen in Nederland zeldzaam. Desondanks komt zandsteen veelvuldig voor als zwerfsteen.

De noordelijke zwerfstenen worden gevonden in keileem dat als grondmorene onder het landijs is afgezet in Noord-Nederland ten noorden van de lijn Haarlem-Nijmegen, de maximale uitbreiding van het Scandinavische landijs tijdens het Saalien. Vooral de West-Baltische keileem bevat veel gidsgesteenten uit Midden- en Zuid-Zweden, de voornaamste herkomstgebieden van de Jotnische en Cambrische zandstenen. Deze zwerfstenen zijn vooral te vinden op plaatsen waar keileem aan het oppervlak ligt. Als keileem dieper in de ondergrond ligt, bijvoorbeeld onder een laag dekzand, dan zijn kleigroeves zoals die bij Losser, versgeploegde akkers, of plaatsen waar bagger- of graafwerkzaamheden plaatsvinden geschikt om naar zwerfstenen te zoeken.

Zuidelijke zwerfstenen zijn vooral te vinden in Oost-Nederland, omdat de stroomsnelheid en dus de draagkracht van de grote rivieren in het westen van het land te laag is om grof sediment te transporteren. Zandstenen in Noordoost-Nederland zijn vooral door de Eridanos afgezet, in Zuidoost-Nederland vooral door Rijn en Maas. De grovere sedimentlagen zijn hoofdzakelijk in de ondergrond te vinden, maar komen aan het oppervlak in stuwwallen, bijvoorbeeld bij Lunteren, in zand- en grindgroeves, bijvoorbeeld bij Maarn, in zand- en grindzuigerijen, bijvoorbeeld bij Bemmel, bij graafwerkzaamheden, in versgeploegde akkers en natuurlijk langs de huidige oevers van de grote rivieren. Grote stukken zandsteen worden voornamelijk in de Maasterrassen in Limburg gevonden vanwege de in de Ardennen goed ontsloten Carbonische en Devonische zandstenen en in Twente en de Achterhoek vanwege de grote voorkomens van Bentheimer en Gildehauser zandsteen net over de Duitse grens.

Voorbeeld: bontzandsteen

Bontzandsteen is een zuidelijke zwerfsteen en voornamelijk in Oost-Nederland te vinden in de afzettingen van de Rijn en de Eridanos, maar niet van de Maas. Een bekende vindplaats is bijvoorbeeld de door zandwinning ontstane Leemslagenplas bij Almelo. Overigens is een dik pakket bontzandsteen in de diepe ondergrond van Nederland aanwezig; het komt aan het oppervlak in de Achterhoek.

Klopsteen uit Steentijd.

Zwerfstenen van zandsteen worden al sinds 11.500 v. Chr. gebruikt. De homogene en korrelige structuur van zandsteen was in de Steentijd ideaal voor het bewerken van andere werktuigen. Zo werden klop- of slagstenen gebruikt voor het bewerken van vuursteen en zijn er verschillende archeologische vondsten bekend van zandsteen als pijlschachtpolijster. Bovendien zijn er zogenaamde doorboorde Geröllkeulen gevonden, waarvan de functie echter nog onbekend is. Sinds de middeleeuwen zijn zwerfstenen van zandsteen veel gebruikt als slijpsteen.

Plaatseigen zandsteen is als bouwmateriaal sinds de middeleeuwen veel gebruikt. Deze zandsteen werd echter gewonnen in Duitsland in grootschalige zandgroeves en verscheept via de Rijn. Voorbeelden van veel toegepaste zandstenen zijn de Bentheimer en de Gildehauser zandsteen, bijvoorbeeld in het Paleis op de Dam en in het stadhuis van Utrecht. Bontzandsteen uit Midden-Duitsland is bijvoorbeeld verwerkt in de Domkerk in Utrecht en de Weserzandsteen werd verscheept via Bremen en door de Romeinen veelvuldig gebruikt in altaarstenen, sarcofagen en als bestrating. Sinds 1951 is het gebruik van zandsteen in Nederland niet meer toegestaan vanwege het gevaar voor de longziekte silicose, veroorzaakt door inademen van het fijne kwartsstof. Bovendien is zandsteen als sedimentgesteente poreus en dus vatbaar voor verwering. Zo kan het cement dat de zandkorrels bijeenhoudt oplossen in regenwater en kan zich in de poriën vuil ophopen. Dit geeft zandstenen gevels vaak een vieze aanblik, terwijl het gesteente moeilijk te reinigen is. Zo is in 2007 de gevel van het stadhuis in Utrecht grotendeels schoongemaakt met behulp van een zeer kostbare lasertechniek.

Sinds de ontdekking van het eerste Nederlandse olieveld in 1943 is zandsteen in de diepe ondergrond vooral van belang als reservoirgesteente voor onze aardolie- en aardgasvoorraden. In de toekomst zal zandsteen mogelijk gebruikt worden voor ondergrondse opslag van CO_2.

- Roderic Bosboom, Naturalis