Gesteentekringloop.

De drie typen

Stollingsgesteente ontstaat door afkoeling van magma. Snel afkoelend magma aan het oppervlak — bijvoorbeeld lava — vormt fijnkorrelig gesteente zoals basalt. Magma dat traag afkoelt op diepte heeft tijd om grote kristallen te vormen: graniet is daar het bekendste voorbeeld van.

Sedimentgesteente bestaat uit fragmenten en deeltjes die eerder ergens zijn afgezet en daarna samengeperst en verkit. Zandsteen is verhard zand. Kalksteen ontstaat uit ophopingen van schelpen, koraal en kalkslib op de zeebodem. Schalie komt uit fijn slib. Veel sedimentgesteente bevat fossielen en is daarmee een tijdsregistratie.

Metamorf gesteente is bestaand gesteente dat onder hoge druk of temperatuur is veranderd, zonder volledig te smelten. Kalksteen wordt onder druk marmer; kleisteen of schalie wordt leisteen, bij nog hogere druk en temperatuur fylliet, glimmerschist en uiteindelijk gneis; zandsteen wordt kwartsiet. De minerale samenstelling verandert; kristalstructuren herrangschikken zich.

De drie gesteentesoorten vergeleken

Welk gesteente is het? Veelgevraagde voorbeelden

• Graniet — stollingsgesteente, traag afgekoeld op diepte (grote kristallen).
• Basalt, puimsteen, obsidiaan — stollingsgesteente, snel afgekoeld aan het oppervlak. Obsidiaan koelde zo snel af dat er geen kristallen konden groeien: vulkanisch glas.
• Zandsteen, kalksteen, krijt, steenkool — sedimentgesteente.
• Marmer (uit kalksteen), kwartsiet (uit zandsteen), leisteen (uit kleisteen) en gneis — metamorf gesteente.
• Lapis lazuli — metamorf gesteente: het ontstaat wanneer kalksteen of marmer door hitte van nabijgelegen magma wordt omgezet (contactmetamorfose).
• Kwarts — geen gesteente maar een mineraal. Het komt voor in alle drie de groepen: in graniet (stolling), in zandsteen (sediment) en in kwartsiet (metamorf).

Een langere lijst met herkenningstips staat op gesteentesoorten herkennen.

Fossielen in gebergten en gesteente aan het oppervlak

Vind je hoog in een gebergte fossiele zeeschelpen, dan is dat sedimentgesteente. Het bewijs zit in de fossielen: die kunnen alleen bewaard blijven in lagen die ooit als sediment op een zeebodem zijn afgezet. Door botsende aardplaten zijn die lagen later omhooggeduwd. In stollingsgesteente vind je geen fossielen, omdat het uit gesmolten gesteente ontstaat.

Metamorf gesteente ontstaat juist diep in de aardkorst, onder hoge druk en temperatuur. Ligt het nu aan het oppervlak, dan moeten de gesteentelagen erboven door opheffing en erosie verdwenen zijn. Dat kost doorgaans vele miljoenen jaren — een aanwijzing dat het gebied geologisch oud is.

Processen die de kringloop drijven

De motor van de gesteentekringloop is plaattektoniek. Door beweging van de aardplaten ontstaat magma op subductiezones en mid-oceanische ruggen. Daar wordt nieuw stollingsgesteente gevormd. Op andere plaatsen verdwijnt korst de mantel in en wordt opnieuw gesmolten.

Aan het oppervlak zorgt verwering — fysisch (vorst, temperatuurwisselingen) en chemisch (regenwater met opgelost CO₂) — dat gesteente uiteenvalt tot kleinere deeltjes. Erosie verplaatst die deeltjes via rivieren, gletsjers en wind. Op rustige plaatsen — meren, riviermondingen, oceaanbodem — bezinken ze, en hopen zich op tot lagen sediment. Onder druk en in de loop van miljoenen jaren wordt sediment gesteente.

Wanneer sediment of stollingsgesteente diep onder andere gesteentelagen begraven raakt, neemt de druk en temperatuur toe. Dat levert metamorf gesteente. Bij nóg hogere temperatuur smelt het gesteente, en wordt het magma — waarmee de kringloop opnieuw begint.

Verbinding met andere kringlopen

De gesteentekringloop is de trage onderlaag van vrijwel alle andere kringlopen. Koolstof wordt op geologische schaal opgeslagen in kalksteen en fossiele brandstoffen — een rechtstreekse aftakking van de gesteentekringloop. Fosfor komt vrij door verwering van fosfaathoudend gesteente. Zwavel in pyriet en sulfaten reist mee.

De waterkringloop grijpt in op de gesteentekringloop via verwering en erosie. Regen, ijs en grondwater breken gesteente af en transporteren materiaal. Omgekeerd verandert gesteente de loop van rivieren en de samenstelling van bodem en zeewater.

Verwering als koppeling

Een specifiek proces verdient aandacht: chemische verwering van silicaatgesteenten haalt op lange termijn CO₂ uit de atmosfeer. Regenwater met opgelost CO₂ reageert met silicaten tot bicarbonaat, dat naar zee spoelt en uiteindelijk in kalksteen opgeslagen wordt. Op tijdschalen van honderdduizenden tot miljoenen jaren is dit een belangrijke stabilisator van het klimaat — een natuurlijke thermostaat. Op menselijke tijdschalen is het effect verwaarloosbaar.

Bodem als overgang

Tussen levende natuur en gesteente staat de bodem. Bodemvorming begint bij verwering: gesteente valt uiteen, organisch materiaal mengt zich erdoorheen, schimmels en bacteriën breken het verder af. Een vruchtbare bodem is voor een belangrijk deel het resultaat van duizenden jaren wisselwerking tussen decompositie en gesteenteverwering. Daarmee is de gesteentekringloop niet alleen geologie, maar ook biologie.