NGV-Geonieuws 40 artikel 309

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 Maart 2003, jaargang 5 nr. 5 artikel 309

Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon
Geologisch Instituut, Adam Mickiewicz Universiteit, Poznan (Polen)

Dit artikel is onderdeel van NGV-Geonieuws uitgave 40! Op de huidige pagina is alleen artikel 309 te lezen.

<< Vorig artikel: 308 | Volgend artikel: 310 >>

309 Relatie tussen steenringen, steenlabyrinthen etc. verklaard
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Geomorfologie !     Klik hier om dit artikel af te drukken !

Zogeheten structuurbodems komen voor in gebieden waar vorst en dooi in de bodem elkaar regelmatig afwisselen, dus in enkele hooggebergten maar vooral in Arctische gebieden. Ze bestaan uit uiteenlopende - maar steeds wonderlijke - structuren van losse stenen, waarvan de onderlinge relatie nu, na meer dan een eeuw onderzoek, eindelijk is verklaard. De structuurbodems kenmerken zich door losse stenen die zich concentreren tot cirkels, labyrintachtige patronen, veelhoeken, of strepen, en soms tot geďsoleerde steenhopen. De walletjes van de stenen zijn gewoonlijk in de orde van grootte van 1-2 decimeter hoog, en de cirkels (die soms zo veelvuldig zijn dat ze elkaar raken) zijn meestal in de orde van grootte van 1-2 m in diameter.


STEENRINGEN


STEENLABYRINTH

Al in vroegere eeuwen hebben deze wonderlijke steenconcentraties de aandacht getrokken van onderzoekers. Die realiseerden zich reeds omstreeks een eeuw geleden dat afwisselingen van vorst en dooi een rol moeten spelen bij hun ontstaan. Voor elk der structuren werden ook, op basis van dit uitgangspunt, verklaringen opgesteld, maar geen daarvan voldeed echt, en bovendien was er geen enkele verklaring waarom op sommige plaatsen de ene structuur ontstond, en elders een andere. Dat is overigens niet zo erg verwonderlijk, want de verklaring die nu is gepresenteerd, was tot voor kort onmogelijk te vinden geweest: hij berust op 3-D computerberekeningen die, een opeenvolging van honderden afwisselingen van vorst en dooi simulerend, de consequenties voor de posities van oorspronkelijk willekeurig gepositioneerde stenen berekenen.

Opvriezing is het mechanisme dat ten grondslag ligt aan de verplaatsing van de stenen. Ook in Nederland zien we ‘s winters stenen uit de ondergrond omhoog komen, doordat water in de bodem bevriest tot ijs, daarbij uitzet, en zo de bovenliggende stenen omhoog duwt. In arctische gebieden worden in een vochtige ondergrond bovendien ijslenzen gevormd, wat een soortgelijk effect teweeg brengt. Opvriezing leidt tot twee typen verplaatsingen. Fijnkorrelige grond houdt meer vocht vast dan stenen, zodat er meer ijs gevormd wordt en de stenen opgedrukt worden. Dat opdrukken gebeurt loodrecht op het grondoppervlak, dus op een helling iets schuin naar boven. Bij volgende dooi zakt of valt de steen iets omlaag. Bij voortdurende afwisseling van vorst en dooi worden de stenen zo langzaam dalwaarts verplaatst. Tussen stenen wordt nauwelijks vocht vastgehouden, dus treedt ook weinig of geen ijsvorming op. Daar vindt dus geen of nauwelijks opvriezing plaats, zodat de stenen op hun plaats blijven. De van meer kleiige delen 'omlaag wandelende' stenen komen zo tenslotte op iets meer dalwaarts gelegen steenconcentraties terecht, waarna (bij gebrek aan een fijnkorrelige ondergrond) nauwelijks verdere opvriezing meer plaatsvindt. Zo ontstaat een laterale sortering, waarbij steeds meer uitgesproken concentraties ontstaan van stenen met tussenliggende velden zonder stenen.

De zo gevormde rijen van stenen kunnen niet blijven aangroeien: ze kunnen namelijk alleen dunne banden kunnen vormen als gevolg van een tweede verplaatsingsproces (samenpersing). Doordat wel steeds meer stenen worden aangevoerd, moeten die banden dus noodzakelijkerwijs hoger of langer worden. Omdat bij een hoogte van enkele decimeters een steenstapel instabiel wordt, moeten de banden dus langer worden. Daarbij kunnen, afhankelijk van de omstandigheden, hoeken of ombuigingen in de banden ontstaan. De patronen die de stenen daarbij gaan vormen, bleken bij de computersimulatie direct afhankelijk van de helling en van de oorspronkelijke steenconcentratie, almede van de verhouding tussen laterale sortering en samenpersing. Zo ontstaan bijv. steenringen bij zo’n 1000-1400 stenen per vierkante meter op een vrijwel vlak terrein golvende lijnen bij een helling van 10-30°. De onderzoekers konden, door de diverse parameters langzaam te variëren, alle vormen - van prachtige cirkels tot labyrinten van loodrecht op elkaar staande steenrijen - op hun computer laten ontstaan.

Referenties:
  • Kessler, M.A. & Werner, B.T., 2003. Self-organization of sorted patterned ground. Science 299, p. 380-383.
  • Mann, D., 2003. On patterned ground. Science 299, p. 334-335.

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd onder de titel 'Regelmatige vormen in steenhopen ontstaan door opvriezen' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (18 januari 2003).

Afbeelding door bemiddeling van M.A. Kessler beschikbaar gesteld door Science


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl