Over mineralen en gesteenten
De bodems en gesteenten in onze ondergrond zijn grotendeels opgebouwd uit mineralen. Mineralen zijn natuurlijk voorkomende anorganische stoffen met een welbepaalde chemische samenstelling en unieke kristalstructuur. Je kan mineralen herkennen op basis van hun eigenschappen. De kleur, glans en streep (de kleur die het mineraal achterlaat bij krassen op een porseleinen plaatje), maar ook de dichtheid, hardheid en de vorm van een mineraal geven aanwijzingen om het te herkennen
Mineralenjacht
Mineralen vind je overal. Ze kunnen voorkomen als grote kristallen, bijvoorbeeld mooi zichtbaar in een gepolijst stuk graniet in de keuken, als kleine zandkorrels op het strand, maar ook als microscopisch kleine deeltjes in pottenbakkersklei. De meest voorkomende mineralen zijn de zogenaamde silicaten. Kwarts (SiO2), veldspaten (bijv. orthoklaas KAlSi3O8) en het kleimineraal kaoliniet (Al2Si2O5(OH)4) zijn voorbeelden van silicaten en bestaan voor een belangrijk deel uit het element silicium (Si). Carbonaten zoals calciet (CaCO3) en dolomiet (CaMg(CO3)2) komen ook vaak voor, bijvoorbeeld in kalksteen, krijtgesteente of mergel. Andere mineralen zijn vaak veel zeldzamer, maar kunnen erg waardevol en gewild zijn als grondstof, bijvoorbeeld voor batterijen in elektrische wagens.
Een leuk proefje om het veel voorkomende mineraal calciet (CaCO3) te ontdekken, is er een druppeltje verdund zoutzuur (0,1 M) op te doen. Als het mineraal opbruist, dan heb je net calciet ontdekt (calciet lost op in zwak zuur en laat hierbij CO2 gas ontsnappen)!
De grote, trage gesteentemolen
Onze ondergrond is minder rotsvast dan je misschien zou denken. Gesteenten worden continu gevormd en weer afgebroken of omgezet onder invloed van aardse processen. Meestal zijn deze processen erg traag en geleidelijk, zodat je er weinig van merkt, maar uitzonderlijk zijn ze erg heftig en zelfs catastrofaal, zoals bij overstromingen of vulkaanuitbarstingen.
Wanneer magma afkoelt en stolt ontstaat een stollingsgesteente. Gebeurt dit aan het aardoppervlak dan spreken we over een vulkanisch gesteente. Als de magma diep in de aardkorst stolt, dan vormt zich een dieptegesteente, bijvoorbeeld graniet.
Blootgesteld aan weer en wind verweert en erodeert stollingsgesteente. Losgekomen of opgeloste deeltjes worden weggevoerd door water of wind en uiteindelijk afgezet als los sediment, zoals zand of klei, bijvoorbeeld op het strand, op de zeebodem of in riviervalleien. Gestage aanvoer van nieuw materiaal zorgt ervoor dat sediment steeds dieper en dieper begraven wordt. Door de steeds grotere druk begint het sediment te compacteren tot een vast sedimentair gesteente. Zand- of kalksteen zijn hier voorbeelden van. De ondergrond van Vlaanderen bestaat bijna volledig uit zulke sedimenten en sedimentaire gesteenten, afgezet door zeeën en rivieren gedurende honderden miljoenen jaren.
Wanneer dit gesteente steeds dieper wegzinkt, zal de toenemende druk en temperatuur leiden tot rekristallisatie en vorming van een metamorf gesteente. Zo ontstaat marmer door metamorfose van kalksteen. Gaan we nog dieper en heter, dan kan het metamorf gesteente uiteindelijk zelfs terug opsmelten tot magma. Opstijgen van dit magma doorheen de aardkorst leidt tot afkoeling en vorming van stollingsgesteente. Hiermee is de gesteentecyclus rond.
Het doorlopen van deze grote, trage gesteentemolen duurt erg lang, minstens ettelijke honderden miljoenen jaren. Er zijn ook veel shortcuts waarbij sediment of gesteente aan de oppervlakte komt, verweert en erodeert, en opnieuw elders wordt afgezet.
Kostbare schatten
De processen van deze gesteentecyclus kunnen er tegelijk ook toe leiden dat op bepaalde plaatsen in onze aardkorst specifieke chemische elementen in hoge concentraties samenkomen. Meestal spelen ook andere factoren een rol, zoals bijvoorbeeld warme vloeistoffen die langs een breukvlak door het gesteente sijpelen of de aanwezigheid van een holte in de ondergrond. Door deze unieke omstandigheden kunnen zich zeer exotische mineralen vormen. Ooit al gehoord van “skutterudiet” dat kobalt en arseen bevat? Of wat dacht je van “scheeliet”, een mineraal dat bestaat uit de elementen calcium en wolfraam? Het is ook dankzij dit soort processen dat edelmetalen zoals goud en zilver op sommige locaties in zuivere vorm aangetroffen worden. Als de kristallen van deze mineralen van uitermate hoge kwaliteit zijn, spreekt men van edelstenen. Denk maar aan diamanten, robijnen of smaragden.
Sinds eeuwen doet de mens aan mijnbouw om kostbare mineralen uit de grond te halen en deze dan te gebruiken voor het vervaardigen van gereedschap, machines, juwelen, … . Vandaag de dag is men bijvoorbeeld hard op zoek naar kritieke grondstoffen, mineralen met elementen die nodig zijn om over te schakelen naar een groenere samenleving, zoals lithium voor batterijen van elektrische auto’s of neodymium voor hoogtechnologische magneten van windturbines. Maar… de aardkorst is niet overal even rijk aan mineralen, en het is dus geen goed idee om zomaar om het even waar een mijn te bouwen. Daar waar, dankzij geologische processen, een grote hoeveelheid waardevolle mineralen aanwezig is (ook wel ertsafzetting genoemd), zal de ontginning efficiënter, goedkoper en met een lagere impact voor het milieu kunnen gebeuren. Het is dus cruciaal om te weten waar op aarde zich welke ertsafzettingen bevinden. Daar is heel wat geologische kennis en kunde voor nodig.