Vuursteen is het hardste steentype dat in Nederland is te vinden. Het glasachtige materiaal kan zeer scherpe randen hebben en is vanwege zijn goede splijtbaarheid ideaal voor het vervaardigen van werktuigen. De oerbewoners van ons land gebruikten vuursteen al vanaf 250.000 jaar geleden voor het maken van hun gereedschappen. Vuursteen is harder dan staal. Je kunt met vuursteen in staal krassen maar met staal een kras maken in vuursteen lukt niet. Vuursteen komt voor als banken en knollen, die ingebed zijn in de Zuid-Limburgse kalksteenafzettingen. Maar er is in ons land ook veel vuursteen te vinden dat uit het buitenland als zwerfsteen is aangevoerd door rivieren en ijs.
Vuursteen ontstaat als kiezelzuur (silica of siliciumdioxide, chemische formule SiO2) neerslaat in kalkafzettingen. De vorming van vuursteen vindt al plaats sinds het Precambrium 3,6 miljard jaar geleden. De meeste vuursteen die in ons land voorkomt, werd gevormd in de zeebodem tijdens de Krijtperiode (± 145,5 - 66,1 miljoen jaar geleden). Een groot deel van Europa, waaronder ons land, was toen bedekt door een ondiepe tropische zee.
Vuursteen bestaat uit silicaat, een variëteit van kiezel, waarvan de mineralen zeer dicht op elkaar gepakt zitten. De uiterst kleine kristallen zijn alleen met een elektronenmicroscoop te zien. Een dergelijke fijne en homogene structuur wordt kryptokristallijn genoemd (kryptos = verborgen). De compacte structuur geeft vuursteen zijn glasachtige uiterlijk en ook zijn hardheid. Het zorgt er daarnaast voor dat vuursteen schelpvormig breekt als er met een hard voorwerp op wordt geslagen. Een afgebroken schilfer eindigt in vlijmscherpe randen die zo dun zijn als een operatiemes. De wijze waarop een schilfer van een vuursteenknol afslaat is voor een geoefende vuursteenbewerker nauwkeurig te voorspellen. Vuursteen is dus door goed gemikte afslagen zeer nauwkeurig te bewerken (retoucheren).
Naast silicaatmineralen bevat vuursteen ook gebonden water. Dit water kan verdampen als vuursteen langere tijd aan de lucht wordt blootgesteld. Vuursteen waaruit water is verdwenen is minder goed splijtbaar dan ‘verse' vuursteen waarin nog volop gebonden water aanwezig is. Het is nog niet bekend waarom dit zo is.
Pure vuursteen is doorzichtig en bestaat uit zuiver siliciumdioxide (SiO2). Maar omdat het vaak ook nog kleine hoeveelheden andere elementen bevat, varieert de kleur. Wit, zwart en grijs komen veel voor doordat kalk, ijzer of andere insluitsels de doorzichtige SiO2 vertroebelen. De kleuren rood en groen zijn het gevolg van respectievelijk drie- en tweewaardige ijzeroxides in de vuursteen.
Vuursteenuitscheidingen worden altijd gevonden als concreties: plaatselijke bol- of schijfvormige samenklonteringen van silica. De resulterende banken of knollen zijn ingebed in andere gesteentes, vaak kalkafzettingen. Behalve knolvormig kunnen de conreties lensvormig tot plaatvormig zijn. Soms lijkt de vuursteen op versteende beenderen, hertengeweien of takken. Zulke vormen ontstaan als silica in graafgangen van kreeften of andere zeebodembewoners loopt en daar verhardt. Deze vormen moeten niet verward worden met echte fossielen die in vuursteen ingesloten kunnen worden, zoals afdrukken van zee-egels, belemnieten of schelpen.
Aan de buitenkant van de concreties zit vaak een overgangslaag die cortex genoemd wordt. Deze cortex bestaat uit poreus kalk- en kiezelmateriaal dat van het moedergesteente afkomt en om de concreties blijft zitten. De cortex moest vóór het bewerken tot werktuig altijd verwijderd worden zodat de schone vuursteen overbleef.
Als twee vuurstenen tegen elkaar geslagen worden kunnen er vonken vanaf springen. Dit is ‘koud vuur.' Vuur werd voornamelijk gemaakt met ‘heet vuur.' Dit is te produceren door met een vuursteen langs een stuk ijzer, markasiet of pyriet te schrapen. Er springen dan gloeiende vonken vanaf. De reactie van deze deeltjes met zuurstof zorgt ervoor dat ze gaan gloeien. Als zo'n vonk in licht ontvlambaar materiaal terechtkomt, zoals droge berkenbast of de vezels van de tondelzwam, kan dit ontbranden. Vervolgens wat aanmaakhoutjes erbij, flink blazen, en dan grotere takken erop, en je hebt een goed brandend vuurtje. Meestal werd als vuurslag pyriet gebruikt. Dit ijzersulfide heeft zijn naam ook te danken aan het maken van vuur (pyr is Grieks voor vuur). Mensen in de steentijd hadden met vuursteen in combinatie met pyriet of markasiet altijd een aansteker op zak.
Over het ontstaan van vuursteen bestaat nog veel discussie onder wetenschappers. Bekend is dat vuursteen zich meestal vormt in mariene sedimenten. En natuurlijk is er voor de vorming kiezelzuur nodig. Maar tot op heden weet nog niemand waar het kiezelzuur precies vandaan komt. Wel is duidelijk dat kiezelzuur gemakkelijk vrijkomt in een kalkrijke omgeving. Het opgeloste kiezelzuur slaat neer in de ondergrond. Een belangrijke aanjager hierbij zijn graafgangen die dieren maken in de zeebodem. In deze gangen is er een verschil in korrelgrootte of chemische omstandigheden die ervoor zorgen dat het kiezelzuur kan neerslaan. Rond het eerste neergeslagen kiezelzuur zal meer kiezelzuur worden aangetrokken en neerslaan. Hierdoor ontstaan er steeds grotere concreties. Ook dit is een proces dat nog niet helemaal begrepen wordt. Er zijn banken gevonden die tot 15 km vervolgd kunnen worden.
Een veel besproken organisme in vuursteenafzettingen is de spons. Sponzen bevatten een groot aantal sponsnaalden. Ze komen vrij op het moment dat de spons sterft en wegrot. Sponsnaalden bevatten veel kiezelzuur en kunnen verantwoordelijk zijn voor de vorming van vuursteenafzettingen. Er zijn zelfs wetenschappers die stellen dat sponsnaalden de enige bron zijn van het benodigde kiezelzuur. Het probleem is echter dat er ook vuursteen is gevonden in afzetting waar sponsnaalden ontbreken. Ook worden er regelmatig niet-opgeloste sponsnaalden gevonden bij vuursteen. Dit alles doet vermoeden dat de silica meestal niet afkomstig is van de relatief slecht oplosbare sponsnaalden maar van andere mariene organismen die een skelet van kiezelzuur vormen. In aanmerking komen diatomeën en radiolariën, veel kleinere eencelligen. Ze vormen niet alleen een skelet van kiezelzuur, maar hun lichaamsoppervlak is ook relatief groot. Daardoor ontstaat een groot reactieoppervlak met zeewater. Het gevolg is dat ze na hun dood snel oplossen en vrijwel alle kiezelzuur aan de omgeving afgeven. Dat kan zich dan accumuleren op de zeebodem. Hierbij speelt ook een rol dat diatomeën en radiolariën in gigantische aantallen in zee voorkomen. De totale biomassa van diatomeën en radiolariën buffert een groot deel van het silicium (Si) dat in zeewater is opgelost en bindt het aan zuurstof (O2). Diatomeën en radiolariën zijn dus de belangrijkste natuurlijke producenten van siliciumdioxide.
Ook is er nog een verband tussen het ontstaan van vuursteen en de korrelgrootte van het kalkslib op de zeebodem. Er is een zekere fijne korrelgrootte nodig voor vuursteenvorming. Dit is te verklaren doordat chemische reacties beter verlopen bij een groter reactieoppervlak en dus bij fijnkorrelige kalk, dat net als de eencellige organismen een relatief groot buitenoppervlak heeft. Op fijnkorrelige kalk kan kiezelzuur dus beter neerslaan dan op grofkorrelige kalk.
Omdat vuursteen ontstaat in een milieu met veel organisch materiaal, kunnen er veel fossielen in worden aangetroffen. Daarnaast komen organismen vaak in graafgangen terecht, waar ze verkiezeld raken. Doordat het kiezelzuur de lichaamsdelen van de organismen volledig vervangt, blijven vaak de kleinste details bewaard. Soms zijn zelfs de cellen van organismen in vuursteen omgezet.
Omdat vuursteen hard is, worden de fossielen minimaal aangetast tijdens transport of erosie. Kleine details zijn mooi te zien bij Bryozoën (mosdiertjes). Deze organismen worden na hun dood vaak volledig ingesloten in vuursteen, waarbij zelfs de breekbare takjes bewaard blijven. De mooiste vuursteenfossielen zijn de zee-egels. Als ze goed gefossiliseerd zijn, zijn het exacte afgietsels van het eens levende dier. Boeren dachten vroeger dat zee-egels die ze op hun akkers vonden uit de hemel kwamen vallen tijdens onweersbuien. In Friesland, waar vuurstenen zee-egels op veel bouwlanden te vinden zijn, noemt men ze dan ook nog steeds tongerstiene (donderstenen).
Vuursteen wordt over de hele wereld aangetroffen. De herkomst van onze vuursteenzwerfstenen ligt zowel in gebieden in het noorden als in het zuiden. Vuursteen van noordelijke herkomst is gevormd tijdens het Krijt en voornamelijk afkomstig uit het uiterste zuiden van Zweden en het noorden van Denemarken en Duitsland. Vuursteen van zuidelijke herkomst heeft zijn oorsprong in België, Frankrijk en Duitsland.
Maar Nederland heeft ook vuursteen van eigen bodem: de Zuid-Limburgse vuursteen. Tijdens het Krijt was Zuid-Limburg een ondiepe zee. Gedurende meer dan vijf miljoen jaar is hier veel vuursteen gevormd.
Omdat de Zuid Limburgse vuursteen niet veel verontreinigingen bevat is hij van uitstekende kwaliteit voor het maken van werktuigen. In de Nieuwe Steentijd (rond 4500 v. Chr.) hebben prehistorische bewoners van ons land de Limburgse vuursteen dan ook op zeer grote schaal gedolven. Aanvankelijk deden ze dit door vuursteenknollen los te wrikken die uit de hellingen van heuvels staken. Toen die op waren moesten ze de vuursteenbanken in de hellingen vervolgen, waardoor horizontale mijngangen ontstonden. Later probeerde men ook vanaf de bovenkant van de kalksteenplateaus door verticale schachten bij de vuursteenlagen te komen. Een doorsnede van een dergelijke mijn is nog te zien in Valkenburg. Men deed zoveel moeite om verse vuursteen te bereiken, omdat die veel geschikter was voor bewerking dan de vuursteen die men als zwerfstenen in de Maasbedding aantrof. Vooral rond de plaats Rijckholt bevond zich een van de grootste vuursteencentra in West-Europa. Er is hier circa 8 hectare aan ondergrondse mijnen gevonden waaruit in totaal ongeveer 8000 m3 vuursteen is gehaald. Je kunt een dergelijke mijn nog bezichtigen in Valkenburg bij de Plenkertstraat.
De vuursteen uit het noorden is meegevoerd door het ijs. In de voorlaatste ijstijd (Saalien) breidden de Scandinavische gletsjers zich uit tot een gigantische aaneengesloten ijskap, die langzaam uitbreidde naar het zuiden. De ijskap had een grootste dikte van drie kilometer. Met hun geweldige kracht konden de gletsjers zwerfstenen van duizenden kilo's meenemen. Ze vervoerden ook grote stukken kalk met vuursteenconcreties. De kalk werd al snel verbrijzeld door de bewegingen van het ijs maar de vuursteen is door zijn hardheid niet kapot gegaan. Toen het ijs zich terugtrok zijn de vuurstenen blijven liggen.
Zuidelijke vuursteen hoefde een minder lange weg af te leggen. Door oplossing van de kalk waarin ze zaten, bleven de vuurstenen in het oorsprongsgebied in Duitsland, België en Frankrijk als losse brokken liggen. Rivieren sleepten ze vervolgens mee naar ons land. Tijdens het transport botsten ze tegen elkaar en sleten ze af. Vuurstenen van zuidelijke afkomst zijn daarom vooral kleinere keitjes. Mooie afgeronde keitjes staan bekend als Maaseitjes.
Als gevolg van de aanvoer vanuit verschillende richtingen komt vuursteen vrijwel overal in de Nederlandse ondergrond voor. Niet alleen dieper in de bodem: op veel plaatsen is het ook aan het oppervlak te vinden. Vuursteen van noordelijke herkomst is te vinden op de zandgronden en in keileem. Ook op de stuwwallen van midden Nederland kun je veel vuursteen oprapen. Scandinavische vuurstenen zijn op de Drentse heidevelden, op de Hondsrug in Drenthe en Groningen, op Texel en in het Gooi in de provincie Utrecht in grote hoeveelheden aanwezig.
Vuursteen van zuidelijke herkomst is vooral te vinden in Maas- en Rijnafzettingen. Het is een vast onderdeel van de dikke grindlagen die door de rivieren zijn afgezet. Hoe dichter bij het oorsprongsgebied, hoe meer vuursteen er te vinden is en hoe groter de vormen. Hoe verder weg van het oorsprongsgebied, hoe meer de vuurstenen door het transport geleden hebben en hoe kleiner en afgeronder de vormen.
Hoewel de herkomstgebieden verschillen, is de samenstelling van de vuursteen veelal hetzelfde. Dit komt doordat de afzettingsomstandigheden (zee) en de tijd (Krijt) waarin de vuursteen gevormd werd vergelijkbaar zijn. Als je niet weet waar hij gevonden is kun je aan een vuursteen dus niet zomaar zien of hij uit het noorden of het zuiden komt. De herkomst is alleen te achterhalen door te kijken naar eventuele fossielen in de vuursteen. Noordelijke en zuidelijke vuurstenen wijken maar licht af in minerale samenstelling. Slechts een statistische analyse van de chemische samenstelling en de variatie in sporenelementen zoals aluminium, kalium en lithium, verraadt de herkomst.
Vuursteen was het staal van de prehistorie. Gedurende de hele steentijd (van grofweg 2 miljoen tot zo'n 3000 jaar geleden) was vuursteen het belangrijkste materiaal voor het maken van werktuigen. Door handig gebruik te maken van de eigenschap dat vuursteen op een voorspelbare manier breekt, kon de prehistorische mens een hele ‘gereedschapskist' aan werktuigen maken. Naarmate de bewerkingstechnieken zich ontwikkelden, maakte men steeds kleinere, fijnere en scherpere gereedschappen. Er zijn zelfs voorwerpen gevonden waarvan gedacht wordt dat ze gebruikt werden om in tanden te boren. De eerste vuursteenbewerkers (Homo erectus) sloegen van een stuk vuursteen net zoveel schilfers af tot er een vuistbijl met scherpe randen overbleef.
De Neanderthalers deden rond 300.000 jaar geleden een nieuwe uitvinding. Zij bewerkten een kernsteen zodanig voor dat er een vlak afslagplatform (striking platform) ontstond. Door hier haaks met een klopsteen op te slaan konden ze uit dezelfde kernsteen meerdere afslagen halen, die allemaal min of meer dezelfde vorm hadden. Stuk voor stuk hadden ze bovendien scherpe randen. Deze techniek wordt de Levalloistechniek genoemd, naar de vindplaats Levallois in de buurt van Parijs.
Rond 40.000 jaar geleden verfijnde de Cro Magnonmens deze techniek. Deze eerste moderne mens in West-Europa kon van een kernsteen zeer lange en dunne klingen afslaan die even scherp waren als een operatiemes. Naarmate de technieken vorderden haalde men dus uit eenzelfde hoeveelheid vuursteen steeds meer werktuigen. In de nieuwe steentijd (circa 4000 - 1700 v. Chr.) kwam er nog een nieuwe uitvinding bij. Men begon vuurstenen te slijpen. Werd een bijl bot dan sleep men er weer een scherpe rand aan. Waar een vuurstenen bijl voorheen na gebruik snel weggegooid werd, kon hij nu lang meegaan. Het goed leren bewerken van vuursteen nam jaren in beslag. Of het een ‘beroep' van specialisten was of dat iedereen het kon is niet bekend.
Dat vuursteen van buitenlandse herkomst minder geschikt was voor bewerking dan de vuursteen uit de Zuid-Limburgse kalksteenlagen, zien we terug in de verspreiding van vuurstenen werktuigen. In ons land vinden we doorgaans kleinere werktuigen, vervaardigd uit matige vuursteen. In Zuid-Limburg waren goede kernstenen voorhanden. De vuistbijlen die in Limburg worden gevonden zijn dan ook groter dan die uit Friesland, Drenthe en Overijssel.
Aan het eind van de middeleeuwen werd vuursteen van belang in vuurwapens. Na de uitvinding van buskruit werd het onmisbaar als vuurslag in musketten. Door middel van een moer draaide men in de snaphaan een rechthoekig vuursteentje vast. De snaphaan werd gespannen en als de trekker werd overgehaald, sloeg de snaphaan naar voren. De vuursteen ketste tegen het metaal en produceerde een vonk. Het buskruit ontbrandde in de kamer, onderin de loop, en de loden kogel die ervoor zat schoot met grote snelheid op de vijand af. Door de uitvinding van patroonhulzen verdween het gebruik van vuurslagen. In de 18de en 19de eeuw werd vuursteen vooral nog gedolven voor de bouw van huizen in typische Zuid-Limburgse stijl.
Hoewel het industriële belang van vuursteen tegenwoordig minder is, wordt het nog steeds gebruikt om zijn hardheid. Bijvoorbeeld als bekleding van maaltrommels waarin klei fijn wordt gemalen. In poedervorm vindt het ook toepassing in schuurpapier. Verder wordt het vanwege zijn hoge smeltpunt (1700°C) verwerkt in vuurvaste producten, zoals ovenschalen.
- Luuk Huijgen, Naturalis