Insiders wisten al langer dat de ondergrond van Nederland zeer oud gesteente prijs zou kunnen geven. Maar wat de ouderdom van dat gesteente precies is, is nooit bewezen. Om die onzekerheid weg te nemen onderzocht ik het beschikbare bewijs samen met collega Sander Houben, geoloog bij Geologische Dienst Nederland, onderdeel van TNO.
Geologisch onderzoek begint met speurwerk in archieven en databases. Vaak is er in het verleden al veel werk gedaan door vakgenoten. Hierin schuilt gevaar, want in de loop van de tijd beginnen zij elkaar soms na te praten. Zo ook in het geval van het oudste gesteente in de Nederlandse ondergrond. Na nieuwe analyses hebben we kunnen achterhalen hoe oud het oudste gesteente écht is: zo’n 420 miljoen jaar. Daarmee is het ruim zes keer ouder dan het tijdstip waarop de dinosauriërs uitstierven. En waar ligt het? In de ondergrond van de provincie Zeeland.
Nederland in het Siluur
Het onderzochte gesteente komt niet voor aan het oppervlak in Nederland, maar komt uit een boring die voor de zoektocht naar olie en gas is gezet. Deze boring (Kortgene-01) werd begin jaren tachtig gedaan door de Nederlandse Aardolie Maatschappij, maar de NAM vond geen olie of gas. Wel leverde die boring gesteentekernen op, waarvan we monsters hebben genomen. Een gesteentekern is een cilindervormig stuk gesteente dat uit de ondergrond is getrokken. Vergelijkbaar met het verwijderen van het klokhuis uit een appel. Het gesteente is donkergrijs van kleur en bevat een hele fijne gelaagdheid (Figuur 1).
Het gesteente is een zogeheten siltige schalie, een fijnkorrelig gesteente dat is afgezet in een vrij diepe zee. De fijne gelaagdheid en korrelgrootte duiden op de aanwezigheid van turbidieten die zijn ontstaan door onderzeese sedimentlawines die van ondieper water naar dieper water gleden. Een deel van het sediment kwam van land. Dit weten we doordat we sporen van landplanten in deze mariene afzettingen vonden.
Stukken gesteentekern van de onderzochte boring KTG-01 met aanwijzingen voor de gebergtevorming die optrad lang na afzetting van het sediment. (A) fijn gelaagd fijnkorrelig gesteente doorsneden door witte kwartsaders (1350 meter diepte). (B) fijn gelaagd en geplooid gesteente (1900 m diepte)
Ouderdomsbepaling
De ouderdom van een gesteente kunnen onderzoekers direct bepalen door meting van het radioactief verval van elementen zoals uranium. Doordat de halfwaardetijd van uranium bekend is, kan de ouderdom worden berekend. Een andere manier om ouderdom te bepalen is het bestuderen van fossielen. Door evolutie verschijnen en verdwijnen plant- en diersoorten door de geologische tijd heen. Zo wijst de vondst van een mammoet op sedimenten uit de periode van de Pleistocene ijstijden. De kans op het vinden van fossielen van grote dieren zoals mammoeten en dinosauriërs is natuurlijk erg klein. Zeker in een boorkern met een diameter van 10 centimeter.
Voor het bepalen van de ouderdom kun je daarom beter gebruik maken van microscopisch kleine fossielen zoals stuifmeelkorrels en algenresten, waarvan er veel zijn. Dit noemen we microfossielen. Door uitgebreide studie is het verschijnen en verdwijnen van allerlei soorten microfossielen gekoppeld aan ouderdom die door meting van het radioactief verval van elementen zijn bepaald. Dat is gedaan voor allerlei plekken ter wereld. Op die manier kun je de ouderdom van gesteente afleiden op basis van de microfossielen die in het onderzochte gesteente voorkomen.
Microfossielen
Voor ons onderzoek hebben we gebruik gemaakt van heel specifieke deeltjes uit die tijd. Het gaat dan om microscopisch kleine sporen van oerplanten, algenfossieltjes en Chitinozoa. Dat zijn flesvormige mariene microfossielen waarvan de oorsprong onduidelijk is. Daarnaast vonden we microfossielen van zeealgen uit het nog oudere Ordovicium (485-444 miljoen jaar geleden). Deze duiden vermoedelijk op erosie door het omhoogkomen van aardlagen die in het Ordovicium nog door zee waren bedekt.
Tijdens en na afzetting van het sediment werkte de plaattektoniek gewoon door. Dat is terug te zien aan vervorming van het gesteente en de aanwezigheid van kwartsaders, die dwars door de gelaagdheid lopen. Nederland lag zo’n 20 graden ten zuiden van de evenaar in een gebied waar de Iapetus-oeroceaan langzaam werd dichtgeknepen doordat twee continenten tegen elkaar botsten. Hiermee gepaard ging een fase van gebergtevorming (Caledonische orogenese), die mogelijk leidde tot een bergketen vergelijkbaar met de huidige Himalaya (Figuur 2).
Een schematische dwarsdoorsnede door België en Zeeland met het gebergte dat ontstond tijdens de Caledonische fase van gebergtevorming. Dat gebergte was vermoedelijk vele kilometers hoog. Door erosie is daar tegenwoordig niets meer van over, behalve de geplooide gesteentelagen in de ondergrond waar boring KTG-01 in boorde. De figuur is een aangepaste en sterk vereenvoudigde versie van Figuur 6 in Piessens et al. (2005).
De eerste landplanten
Het oeroude sediment waarvan we nu de ouderdom weten, werd afgezet rond de overgang van de geologische periodes Siluur en Devoon. De wereld zag er toen compleet anders uit dan tegenwoordig. Tijdens het Siluur was het CO2-gehalte in de atmosfeer flink hoger dan vandaag de dag. Dat hoge CO2-gehalte is onder andere toe te schrijven aan de zeer beperkte begroeiing van het landoppervlak in die tijd. Hierdoor werd CO2 minder via fotosynthese omgezet en vastgelegd in (plant)weefsel.
Gedurende het Siluur wonnen landplanten terrein na hun eerste verschijning in het voorgaande Ordovicium, ongeveer 470 miljoen jaar geleden. Vermoedelijk ontstonden er toen mosachtige miniatuurbosjes langs meren en beken. Gedurende de tweede helft van het Siluur verschenen de eerste vaatplanten, landplanten bestaande uit weefsel dat water en voedingsstoffen transporteert. Door deze ontwikkeling konden planten zich verspreiden naar drogere gronden, waardoor ook de continenten min of meer volledig door planten werden gekoloniseerd. De oudst bekende vertegenwoordiger van deze groep is de Cooksonia (Figuur 3). Een aantal van de gevonden fossiele sporen uit Zeeland is vermoedelijk afkomstig van deze oerplant.
Model van een Cooksonia plantje dat van midden Siluur tot Vroeg-Devoon leefde. In de gesteentekern van boring KTG-01 vonden we microscopisch kleine sporen van dit plantje (A). Deze sporen zijn ook aangetroffen in fossielen van Cooksonia. Ook vonden we microscopisch kleine buisvormige structuurtjes (B). Wetenschappers denken dat die nodig waren voor stevigheid en verankering van deze primitieve oerplantjes. Cooksonia model: MUSE-Science Museum of Trento (via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0).
Waarom weten we dit nu pas?
Het gesteente ligt er al een tijdje en dat het zeer oud is, vermoedden we al langer. Toch was er geen direct bewijs voor te vinden. Een zoektocht leverde geen rapporten of publicaties op waarin onderzoek aan het gesteente eenduidig op de enorme ouderdom wees.
Geologen beweerden ‘we hebben wat monsters bestudeerd; het is Siluur’ en, ‘ik heb vergelijkbare afzettingen in het Verenigd Koninkrijk gezien en die waren uit het Siluur’. De beschrijving van een exploratieboring in het Britse deel van de zuidelijke Noordzee verwees juist naar een Nederlandse boring, om aan te geven dat het gesteente onderin de boring van Siluur-ouderdom was. Kortom, het gerucht ging wel rond, maar het was nooit echt aangetoond.
Is er echt geen ouder gesteente?
Is er nog ouder gesteente in de Nederlandse ondergrond te vinden? Die vraag is met een volmondig ‘jawel’ te beantwoorden. Als in de regio van Zeeland of Zuid-Limburg dieper zou worden geboord, is met gemak gesteente te vinden dat ouder is dan het Siluur. Dat weten we van boringen en studies in België.
Door de grote sterkte en dichtheid van het oude gesteente staat dat de laatste tijd veel in de belangstelling. In de Euregio Zuid-Limburg is er de ambitie om in soortgelijk gesteente de Einstein Telescoop, voor het meten van zwaartekrachtgolven, te bouwen. In het kader hiervan start dit jaar bij Geologische Dienst Nederland, onderdeel van TNO, een promotieonderzoek om allerlei geologische aspecten van dat oudere gesteente beter te begrijpen. Daarover binnenkort meer.
Tekst: Geert-Jan Vis & Sander Houben. Met dank aan wijlen Mark Geluk.
Fotocredits:
Hoofdfoto: Gesteente uit het Ordovicium (486-443 miljoen jaar geleden) in een verlaten groeve nabij de Mark, een zijrivier van de Dender, in het Belgische Herne. (Foto (c) Sytze van Heteren)
Figuur 1: Stukken gesteentekern van de onderzochte boring KTG-01 met aanwijzingen voor de gebergtevorming die optrad lang na afzetting van het sediment: (A) fijn gelaagd fijnkorrelig gesteente doorsneden door witte kwartsaders (1350 meter diepte); (B) fijn gelaagd en geplooid gesteente (1900 m diepte)
Figuur 2: Een schematische dwarsdoorsnede door België en Zeeland met het gebergte dat ontstond tijdens de Caledonische fase van gebergtevorming. De figuur is een aangepaste en sterk vereenvoudigde versie van Figuur 6 in Piessens et al. (2005)
Figuur 3: Model van een Cooksonia plantje dat van Midden-Siluur tot Vroeg-Devoon leefde. MUSE-Science Museum of Trento (via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)
