Geologische wandeling door het Geuldal

We lopen door het –geologisch- oudste stukje van Nederland. De Ardennen zijn een heel oud gebergte. Het is nu afgesleten (geërodeerd) tot een hoge schiervlakte, maar de gebergtevorming wordt er weer gereactiveerd in de laatste paar miljoen jaar (Alpiene gebergtevorming). Daardoor worden de aardlagen ook in Zuid-Limburg omhooggedrukt. Het riviertje de Geul gaat zich er daardoor insnijden en zo komen van Noord naar Zuid steeds oudere lagen aan de oppervlakte. Op de Belgisch-Nederlandse grens ligt gesteente uit het Carboon aan de oppervlakte, 300 miljoen jaar oud. In deze tijd werd ook de Europese steenkool gevormd uit gigantische pakketten tropisch samengeperst veen. Europa (en dus ook Nederland) lag toen op de evenaar. Het organische materiaal uit het Carboon is ook de leverancier van het Nederlandse aardgas in Groningen. Daar liggen de Carboon lagen echter kilometers diep en is de steenkool tot gas samengeperst.

Het Carboon dat we tijdens onze wandeling zien bestaat uit mariene gesteentelagen. Ze zijn afgezet in (on)diepe zeeën: zand, kalk of kleisteen (schalie) kunnen we tegenkomen. De diepte van de zee is soms uit het gesteente af te leiden (golfribbels versus stroomribbels, soorten fossielen).

Hieronder ongeveer hetzelfde gebied van het stroomdal van het riviertje de Geul op de Geologische kaart van Zuid-Limburg en omgeving, schaal 1: 50.000 (RGD, 1984)

Legenda: Paars: Devoon, Grijs: Carboon , Groen: Krijt, Bruin & geel: Tertiair. Rood: ertsvoorkomens

Ertsen

Een opmerkelijk fenomeen is dat er in de oude gesteentelagen verschillende ertsen gevonden worden (Bleiberg – loodberg). Het zijn hydrothermale afzettingen gevormd in spleten in het gesteente waar vanaf grote diepte metaalrijk gas doorheen werd gedrukt. Lood, zink, maar ook andere metalen zijn er ooit gewonnen. Het Geuldal is de enige plek in Nederland waar het zinkviooltje voorkomt. De winning van m.n. lood dateert uit de 19^e eeuw en is al lang verleden tijd. Het grensgebied was vanwege de exploitatiemogelijkheden financieel zo interessant dat bij de verdeling van het land na de Napoleontische tijd er een stateloos gebiedje werd gemaakt.

We kunnen nog wat resten van de winning zien. Verderop komen we langs de beroemde Heimansgroeve, genoemd naar de geologische pionier Heimans.

Hoe verder we naar het Noorden lopen des te smaller wordt de zone met oud gesteente dat het riviertje heeft weten te ontsluiten. We komen in het grote Krijtgebied van Zuid Limburg en lopen van het Paleozoïcum zo het Mesozoïcum in. Een geweldige sprong in de tijd.

De Krijt-Tertiair grens in Zuid-Limburg.

Eén van onze geologische stop is de grot uitgegraven in het Limburgse Krijt, de Geulhemmerberggrot bij Berg en Terblijt. In die grot is een bijzonder laagje te vinden: het geeft de overgang aan van de 2^e Era van de aarde naar de 3^e Era. Hieronder een overzicht van de tijdsindeling van de aardse geschiedenis. Deze indeling is in de 19^e eeuw opgesteld op grond van de evolutie van organismen , later (20^ste eeuw) konden de overgangen absoluut gedateerd worden. Op de overgangen van de ene era naar de andere vonden er vaak dramatische gebeurtenissen plaats. Veel dan levende soorten stierven uit en gaven ruimte voor nieuwe soorten. De laatste periode van het Mesozoicum is het Maastrichtien, inderdaad is deze tijd genoemd naar de stad. In de groeve bij de Sint Pietersberg zit de internationaal vastgestelde typelocatie.

Hieronder van jong naar oude de era’s van de aarde en hun tijdsgrenzen.

Krijtgesteente

Krijtgesteente is een sedimentair gesteente dat vrijwel geheel bestaat uit de kalkskeletjes van algen en andere fauna. Het is een kalksteen, en bestaat zodoende uit CaCO₃. Het overgrote deel van de krijtgesteentevoorkomens op Aarde zijn gevormd tijdens het laat-Krijt tot Oligoceen. Toentertijd was Noordwest-Europa bedekt door een warm ondiep tot redelijk diep sedimentair bekken. Het Krijt-tijdperk dankt zijn naam ook aan dit gesteente.

Veelal bevat krijtgesteente vuursteenvoorkomens; accumulaties van silica in knollen, lagen of andere vormen. Het precieze mechanisme waardoor deze silica-concentraties gevormd zijn in een nagenoeg silicavrij gesteente is niet helemaal duidelijk. Verschillende theorieën doen de ronde, van het opvullen van graafgangen tot een verandering van de waterspiegel in het nog niet geheel gelithificeerde sediment.

Voorkomen

Krijtgesteente is zeer bekend van de krijtrotsen van Dover in Engeland en Calais in Frankrijk. Ook de kusten van Denemarken worden gekenmerkt door ontsluitingen van krijtgesteente.

De Sint-Pietersberg bij Maastricht bestaat ook uit krijtgesteente, hoewel het -foutief- in de volksmond mergel genoemd wordt. Mergel is echter een mengsel van ruwweg gelijke hoeveelheden kalk en klei, dat terwijl in krijtgesteente nauwelijks andere mineralen dan calciet voorkomen. Uit krijtgesteente kan krijt gemaakt worden.

Krijt-Paleogeengrens

Een van de interessantste geologische problemen is het massale uitsterven van vele soorten rond de overgangen van de era’s van de aarde. Voor de overgang van de midden-tijd naar de jongste tijd denkt men de oorzaak te kunnen leggen bij de inslag van een grote meteoriet in de Golf van Mexico. De gebeurtenis en haar gevolgen geeft zo de grens tussen Mesozoïcum en Kaenozoïcum aan.

De Krijt-Paleogeengrens (ook wel Krijt-Tertiairgrens) is de overgang tussen de geologische tijdperken Krijt (K) en Paleogeen (Pg). In gesteenten is deze overgang terug te vinden als een dunne sediment laag, die verrijkt is met het zeldzame element iridium. Tijdens deze overgang vond een massa-extinctie plaats, waarbij veel soorten dieren en planten verdwenen. Deze gebeurtenis wordt de Krijt-Paleogeen massa-extinctie (of Krijt-Tertiair massa-extinctie) genoemd. Recente dateringen wijzen op een ouderdom van 65,95 miljoen jaar.

Tijdens of vlak voor de Krijt-Paleogeengrens verdwenen alle dinosauriërs (uitgezonderd sommige vogels). Een klein aantal fossielen van dinosauriërs is in lagen boven de Krijt-Paleogeengrens gevonden, maar die worden verklaard als fossielen die uit oudere lagen geërodeerd en daarna opnieuw afgezet zijn. Naast de dinosauriërs verdwenen onder andere alle pterosauriërs, plesiosauriërs en mosasauriërs en veel soorten planten en ongewervelden. Door het verdwijnen van de dinosauriërs kwamen ecologische niches vrij, waardoor vooral de zoogdieren konden profiteren aan het begin van het Paleogeen.

De Krijt-Paleogeen-massa-extinctie duurde kort vergeleken met andere massa-extincties uit de geologische geschiedenis: maar een paar tienduizend jaar. Het uitsterven was volgens de meeste geleerden daarom het gevolg van een grote natuurramp. Er zijn verschillende grote inslagkraters gevonden met een ouderdom van rond de Krijt-Paleogeengrens en ook was er in de laatste tijdsnede van het Krijt sprake van verhoogde vulkanische activiteit. De hoeveelheid stof in de atmosfeer nam zowel in het geval van een meteorietinslag als bij grootschalig vulkanisme toe, waardoor minder zonlicht het aardoppervlak bereikte. Dit bemoeilijkte fotosynthese, waardoor veel planten en (als gevolg daarvan) de dieren die zich met hen voedden uitstierven. Er zijn echter ook geleerden die denken dat de extinctie geleidelijker plaatsvond als gevolg van een klimaatsverandering of verandering van het zeeniveau.

De overgang in gesteentelagen

In grote gedeelten van Europa is het gesteente aan weerszijden van de grens vergelijkbaar. Hoewel de grens dus geen duidelijke verandering in gesteente hoeft te zijn, zijn er duidelijke veranderingen te zien in de fossielen van dieren en planten die in het gesteente gevonden worden onder, op en boven de grens. Ook vertoont het laagje dat de grens tussen Krijt en Paleogeen vormt een aantal bijzondere eigenschappen.

In 1980 ontdekte een groep onderzoekers rond de natuurkundige Luis Alvarez en zijn zoon, de geoloog Walter Alvarez, dat dit laagje verrijkt is in het zeldzame element iridium (ongeveer 30 tot 130 keer zo hoge concentratie als normaal). Iridium is aan het aardoppervlak zeldzaam, het is een element dat zich door planetaire differentiatie vooral in de aardkern bevindt. Het komt wel voor in kometen en planetoïden, Alvarez en zijn collega’s suggereerden daarom dat tijdens de Krijt-Paleogeengrens een planetoïde op Aarde in moet zijn geslagen.

In de jaren 90 ontdekte prof Jan Smit van de VU samen met Walter Alvarez de inslagkrater in Yucatan, de Chicxulubkrater, waar in de Golf van Mexico de meteoriet insloeg, die het einde van de sauriërs en vele andere levensvormen inluidde.

Behalve de iridiumanomalie zijn er meer bewijzen gevonden voor een dergelijke inslag. Wereldwijd zijn er in de Krijt-Paleogeengrens geschokte kwarts-kristallen, microsferulen en microscopisch kleine diamantkristallen gevonden. Geschokte kwarts is een kwartskristal dat sporen van hoge druk vertoont en wordt algemeen gevormd bij meteorietinslagen. Microsferulen zijn kleine bolletjes glas, die ontstaan als bij een inslag gesmolten gesteente de lucht in vliegt om als gestold glas terug op Aarde te vallen. Diamant vormt zich alleen onder extreem hoge druk, en microscopisch kleine diamanten op de Krijt-Paleogeengrens zijn alleen in Noord-Amerika gevonden.

Oorzaken van de massa-extinctie

Er is een aantal hypotheses over de oorzaak van de massa-extinctie op de Krijt-Paleogeengrens. De meeste daarvan gaan uit van een grote meteorietinslag of van een periode van verhoogd vulkanisme. Een andere veelgehoorde factor is een wereldwijde (eustatische) daling van het zeeniveau, die regressie van de zee tot gevolg had. Sommige hypotheses gaan uit van een combinatie van de eerste twee of van alle drie deze factoren.

Radar-topografie laat een 180 km brede kraterring op het Mexicaanse schiereiland Yucatán zien. De sterkte van het zwaartekrachtsveld van de Aarde rond Chicxulub laat een anomalie zien op de plek waar de krater zich bevindt. Aan de vorm van de anomalie is te zien dat het object onder een kleine hoek tussen de 20° en 30° insloeg.

Meteorietinslag

Het idee van vader en zoon Alvarez en hun collega’s, dat het uitsterven veroorzaakt werd door het inslaan van een grote meteoriet, was niet nieuw. Ze waren wel de eersten die bewijs publiceerden voor een dergelijke inslag in concentratie van 6 ppb iridium in de Krijt-Paleogeengrens. Iridium komt in de aardkorst normaal voor met een concentratie van 0,3 ppb, maar in chondriet-meteorieten is dat 455 ppb. De verhouding van isotopen van chroom in de Krijt-Paleogeengrenslaag is vergelijkbaar met die in koolstofchondrieten. De totale hoeveelheid iridium die over de hele wereld in de Krijt-Paleogeengrens zit, volstaat voor een inslaand object van rond de 10 km doorsnee (of meerdere kleinere objecten). Bij een dergelijke inslag zou 2 miljoen maal zoveel energie vrijkomen als bij de krachtigste kernbommen die ooit getest zijn.

De geschokte kwarts, microsferulen en microdiamanten vormen verder bewijs voor de meteoriethypothese. Deze worden vooral in Noord- en Zuid-Amerika gevonden, wat erop wijst dat de inslag in dat deel van de wereld moet hebben plaatsgevonden.

In 1990 werd een grote inslagkrater ontdekt in de ondergrond onder Chicxulub, een plaatsje op het Mexicaanse schiereiland Yucatán, die ongeveer de juiste ouderdom heeft. De krater is ovaal en heeft een gemiddelde diameter van 180 km, wat overeenkomt met de grootte die door Alvarez cs was voorspeld. Deze krater wordt meestal Chicxulubkrater of Yucatan-krater genoemd. Een buitenste ring van de krater is later ontdekt en heeft een diameter van 300 km. Daarmee is het de grootst bekende inslag in het binnenste gedeelte van het Zonnestelsel sinds het Late Heavy Bombardment 4 miljard jaar geleden. De vorm en locatie van de krater wijzen erop dat de inslag die de krater vormde catastrofale bijwerkingen had. De inslag vond plaats in de zee, wat tsunami’s veroorzaakt moet hebben. Bewijs voor tsunami’s is gevonden in sedimenten van deze ouderdom op verschillende plaatsen in het Caribisch gebied.

De inslag vond plaats op een plek waar veel gips (calciumsulfaat) in de ondergrond zit, wat behalve stof ook een grote hoeveelheid zwaveldioxide in de vorm van aerosols de atmosfeer wat behalve stof ook een grote hoeveelheid zwaveldioxide in de vorm van aerosols de atmosfeer in moet hebben gebracht. Geschat wordt dat de hoeveelheid uit zwavelzuur bestaande aerosols en stof die in de stratosfeer werd gebracht groot genoeg was om de hoeveelheid zonlicht die het aardoppervlak bereikte met 10% to 20% te verminderen. Het zou tenminste tien jaar hebben geduurd voor de aerosols uit de atmosfeer verdwenen waren. Veel soorten planten en fytoplankton die afhankelijk zijn van fotosynthese stierven, waardoor plantenetende dieren geen voedsel meer hadden. Massale sterfte van planteneters zou op zijn beurt weer het uitsterven van predators tot gevolg hebben gehad. Kleine soorten dieren die vooral aas en detritus aten hadden echter een redelijke kans op overleving.

Ook andere mogelijke gevolgen van een inslag worden gezien als oorzaken voor de massa-extinctie. Ejecta van de inslag die terugvielen naar de Aarde zouden bij het binnendringen van de atmosfeer een paar uur lang voor intense infrarode straling hebben gezorgd, vergelijkbaar met een oven op de grillstand, zodat veel blootstaande organismen werden gedood. Als gevolg van deze enorme hittepuls kunnen er wereldwijd bosbranden zijn uitgebroken. Dankzij de hoge concentratie zuurstof in de atmosfeer gedurende het Krijt konden grote branden zich bovendien sneller uitbreiden. Wereldwijde branden zouden bovendien de concentratie kooldioxide in de atmosfeer verhoogd hebben, wat tijdelijk een sterker broeikaseffect tot gevolg had. Kwetsbare soorten die door de voorgaande gebeurtenissen al getroffen waren kunnen hierdoor tot uitsterven zijn gedreven. De inslag kan ook zure regen hebben veroorzaakt, afhankelijk van het soort gesteente dat door de inslag geraakt werd. Dit was waarschijnlijk geen belangrijk effect, omdat chemische buffers de verzuring moeten hebben geneutraliseerd. Het overleven van soorten dieren die gevoelig zijn voor verzuring van hun leefomgeving (zoals kikkers) wijst er bovendien op dat het effect nooit groot geweest kan zijn.

De inslaghypothese kan alleen een relatief snelle en korte massa-extinctie verklaren, omdat verhoogde hoeveelheden stof en zwavelzuur in de atmosfeer in korte tijd weer zouden verdwijnen. De meeste geleerden zijn het erover eens dat er rond de Krijt-Paleogeengrens inderdaad een grote meteoriet in ingeslagen, maar over de vraag of dit een oorzaak was van de massa-extinctie verschillen de meningen.

Rivierterrassen

Op onze wandeling kunnen we soms een rivierterras van de Geul zien. Als het land wordt opgeheven gaan rivieren zich insnijden in hun bedding: ter weerszijde blijft een terras over. De opheffing van het gebied ging schoksgewijs: daardoor wisselden periodes van rivierinsnijding en van stilstand elkaar af. In het stroomgebied van de Maas in Limburg kunnen we zo wel een kleine 20 verschillende Maasterrassen onderscheiden. De oudste liggen bij Roermond en dateren uit het Tertiair. De jongere stammen uit de tijd van de ijstijden (het Pleistoceen). In deze tijd wisselden periodes met extreme koude (glaciaal) en warme(re) tijden (interglacialen) elkaar af. In glacialen stond de zeespiegel 10-tallen meters lager dan in interglacialen. We leven nu in een interglaciaal (het Holoceen) De rivierinsnijding vond vooral plaats op de overgang van een ijstijd naar een warme tijd: er was heel veel smeltwater dat afgevoerd moest worden.

DAGPROGRAMMA

Dag 1: vrijdag 28 juni

• aanreisdag (eigen auto/car poolen) naar Zuid Limburg
• 18.00 aankomst op Landgoed Terlingerhoeve in Noorbeek.
• geologische inleiding door Pim van Wamel in de avond

Diner in hotel (eigen kosten) of elders (Vrijthof Maastricht indien gewenst)

Dag 2: zaterdag 29 juni

• Na ontbijt per auto naar Moresnet in België.
• Wandeling langs het riviertje de Geul. Ontsluitingen in Boven Devoon en Onder Carboon. Mineralen en ertsen in het Niemandsland tussen NL, B en D. Een zinkmijn bij Moresnet was er de oorzaak van dat er 100 jaar lang een ministaatje bestond dat tot geen van de omringende landen behoorde. (Bron Wikipedia Commons)

Veldlunch of in dorpsherberg

• Auto: Moresnet naar Cottessen
• Wandeling van Cottessen naar Epen, stroomafwaarts langs de Geul. De oudste (Boven Carboon) in Nederland ontsloten gesteenten. Prachtig dal met bijzondere geologische én biologische aspecten.

Gesteente met zinkspaat (bron Wikicommons)

Dag 3: zondag 30 juni

• Na ontbijt bezoek aan de Geulhemmergrot.
• Onder leiding van Rudi Dortangs betreden we de Geulhemmergrot met K/T grens.
• Discussie: massa extinctie door inslag in Mexico of door reusachtige vulkaanuitbarstingen die de Deccan Traps in India gevormd hebben.

Veld lunch – terraslandschap van Zuid Limburg

• Bezoek Krijtgroeve Halembaye (soms Hallembaye), (Boven Krijt) fossielrijke zones (m.n. zee-egels) en erosie-produkten. (bezoek onder voorbehoud).  Anders bezoeken we de voormalige ENCO groeve in Maastricht met prachtige krijt- en vuursteenlagen.

Rond 16.00 uur eind van de excursie en terugreis.

OVERIGE INFORMATIE

Indien gewenst: U dient zelf voor een reis- en eventueel annuleringsverzekering te zorgen.