Kun je je voorstellen dat het land waar wij nu wonen ooit een woestijn was? Of een tropisch regenwoud? Of dat je naar Groot-Brittannië kon lopen? Moeilijk voor te stellen, maar toch echt waar. Het Nederlandse landschap zag er in het verleden heel anders uit dan nu. En dat is terug te vinden in de ondergrond waar we dagelijks overheen lopen. Als geoloog haal ik die ondergrond naar boven met grondboringen. De gegevens die boringen opleveren, zijn niet alleen belangrijk voor geologen, maar ook voor gemeenten en bedrijven.
Een grondboring leert geologen veel over het verleden. Al ruim 400 jaar worden in Nederland boringen gedaan voor grondwaterwinning, voor de winning van zand, klei en andere delfstoffen en voor onderzoek naar de opbouw van de ondergrond. In Amsterdam is zelfs een grondboor teruggevonden uit de zeventiende eeuw. Die boor ziet er heel anders uit dan de grondboren die we nu gebruiken. Maar ook toen waren de mensen op zoek naar goed drinkwater. Met de grondmonsters uit de boringen kunnen geologen de variatie in grondsoorten in de ondergrond in kaart brengen. En daarmee kunnen zij iets zeggen over hoe die ondergrond is ontstaan.
Op basis van boorgegevens weten we bijvoorbeeld dat de rivieren in Nederland niet altijd op dezelfde plek hebben gelegen als nu. De Rijn bijvoorbeeld, stroomde in de voorlaatste warme periode (het Eemien) door het huidige IJsseldal en mondde uit in de zee die toen bij Kampen lag. Dan heb ik het over 120.000 jaar geleden. Dat zien we terug in het bonte rivierzand in de ondergrond. Nog verder terug in de tijd hebben ook rivieren uit het Baltisch gebied door het noorden van Nederland gestroomd. En dat is te zien aan het licht gekleurde zand in grondboringen uit dat gebied.
Ferrari onder de boringen
Nu zijn er verschillende soorten grondboringen: Handboringen en mechanische boringen. Bij mechanische spoel- of luchtliftboring bijvoorbeeld wordt het sediment (zand grind, klei of veen) naar boven wordt getransporteerd. Het boorteam vangt met een emmer regelmatig wat van het sediment op voor monstername.
Maar de Ferrari onder de boringen is wel de steekboring of Ackermann-boring. Dat is een boring waarbij, zoals bij een appelboor, een boorkern wordt genomen van bijvoorbeeld tien centimeter breed. De boorkern geeft een vrijwel ongestoorde weergave van de verschillende grondsoorten in de ondergrond. Details zijn daardoor goed zichtbaar, zoals kleilaagjes die geleidelijk overgaan in zandlagen, veenlagen waarin je nog stukken hout kunt zien of laagjes die scheef liggen. Net als omgevallen boeken in de boekenkast. En dit alles geeft mij en mijn collega-geologen informatie over hoe die grondsoorten daar gekomen zijn. Zijn ze daar door de wind, de rivieren, de zee of toch door het landijs neergelegd?
In de grondmonsters links grijze, bleke zanden van de Maas en rechts roodbruine tinten van de Rijnafzettingen (Foto © TNO-GDN)
Voortkabbelende Maas
Mijn collega’s en ik willen meer weten over de verschillende grondsoorten en hun eigenschappen. Zoals de korrelgrootte, doorlatendheid per grondsoort, hoeveelheid ijzer, aluminium of andere elementen. Daarvoor zetten we in heel Nederland steekboringen. In het Limburgse Heijen bijvoorbeeld, hebben we een steekboring gezet om meer te weten te komen over vroegere rivierlopen.
Het dorpje in het noorden van Limburg ligt aan de oevers van de meestal rustig voortkabbelende, meanderende rivier de Maas. Daarom lijkt het logisch dat de rivierafzettingen van de Maas terug te vinden zijn in deze boring. Maar gek genoeg vinden we ook oude afzettingen van de rivier de Rijn.
Waarom liggen rivieren niet stil?
Nederland is te beschouwen als het afvoerputje van Europa, omdat rivieren uit een groot gebied in Europa bij ons samenkomen. Dat komt omdat Nederland in het tektonisch dalende Noordzeebekken ligt. Voordat de mens dijken aanlegde, stroomden rivieren vrij door het landschap zoekend naar het laagste punt en de weg van de minste weerstand. De rivierafvoer en het transport van sediment in het stroomgebied veranderden in de loop der tijd door klimaatveranderingen. Zeespiegelstijging en -daling zorgden ervoor dat rivieren als de Rijn en de Maas hun loop zelfs uitbreidden tot op de drooggevallen Noordzee. En dit gebeurt nog steeds. Denk maar aan de Maas die in juli 2021 veranderde in een alles verwoestende rivier met extreem hoge afvoer.
Ook door tektonische bewegingen in de ondergrond veranderden de rivieren van plaats, waardoor ook hun sediment op andere plekken terecht kwam. Die verplaatsingen van de rivieren in het verleden zijn terug te zien in de Nederlandse ondergrond. Net als in deze boring bij Heijen.
Oude rivierafzettingen in boring Heijen
Een paar miljoen jaar geleden, in het Plioceen, stroomde de Rijn bij Heijen door een gebied met subtropische begroeiing richting de zee. Deze Rijn had een kleiner stroomgebied dan de huidige. Het brongebied lag nog niet tot aan de Alpen.
In de voorlaatste ijstijd (Saalien) was de Rijn een vlechtende, snelstromende rivier die voor de toenmalige grote landijsmassa lag. Deze ijsrandrivier vervoerde grote hoeveelheden zand en grind. Die waren niet alleen afkomstig van het brongebied, maar ook van het smeltwater van de grote landijsmassa. Na het verdwijnen van het landijs, ongeveer 130.000 jaar geleden, nam de Maas in Heijen de plaats in van de Rijn. Die vond een makkelijkere weg via een meer noordelijke route door het IJsseldal en mondde bij Noord-Holland uit in de zee. De Maas was ook lange tijd een vlechtende rivier, maar aan het einde van de laatste ijstijd werd het een meanderende rivier zoals we hem nu nog kennen.
Detailopname van zand uit de Maas (Foto © TNO-GDN)
Verschillende kleuren zand
Mijn collega’s bij TNO vermoedden op basis van eerder onderzoek al dat in Noord-Limburg zand en grind van de Rijn onder de afzettingen van de Maas liggen. De boring bij Heijen laat zien dat dit inderdaad zo is. Het bewijs daarvoor hebben zij gevonden in de verschillende soorten en hoeveelheden zand en grind. De Maas vervoert ander sediment dan de Rijn. Dat heeft te maken met de bron van de rivieren en het gebied waar ze doorheen stromen. Het stroomgebied van de Rijn ontspringt in de Zwitserse Alpen en loopt door de Vogezen en het Zwarte Woud. Dat van de Maas is aanzienlijk korter en begint in Noord-Frankrijk en stroomt door de Ardennen via Zuid-Limburg naar zee.
Detailopname van zand uit de Rijn (Foto © TNO-GDN)
Jonge Rijnafzettingen zijn roodbruin of bont van kleur terwijl de afzettingen van de Maas een grijze, bleke kleur hebben. De bonte kleur van de Rijnzanden en grinden ontstaat doordat de Rijn veel vers ijzerhoudend materiaal aanvoert. De grijze, bleke kleur van Maassedimenten wordt veroorzaakt door de grijze en groenachtige componenten, afkomstig uit oude Paleozoïsche gebergten zoals de Ardennen.
In de boorkern van Heijen zien we een duidelijke kleurverandering in het zand en grind van grijs, bleek naar een meer roodbruine kleur. Ook de soorten grind vertellen dus iets over het stroomgebied. De roodachtige zandstenen (Bontzandsteen) komen meer voor bij de Rijn, terwijl gerolde vuursteen, leisteen en revinienkwartsiet meer kenmerkend zijn voor de Maasafzettingen. Aan de grofheid van het sediment kunnen geologen ook zien of het van de Rijn of de Maas is. De Maas vervoert in het algemeen meer en grover grind, omdat het stroomgebied kleiner is. Hierdoor is de transport weg korter en is er simpelweg minder tijd om de stenen te eroderen tot grind of zandkorrels. Hoe langer grind onderweg is, hoe kleiner het wordt door erosie.
Meten van zand, grind en klei
Deze boring gebruiken geologen niet alleen om inzicht te krijgen in hoe het landschap er in het verleden uitzag. De wetenschappers willen ook meer weten over de korrelgrootte van de zandpakketten. Of onderzoeken of er in de kleilagen misschien ook zand aanwezig is, of hoe snel het grondwater door de zandlagen stroomt. En dat is uiteindelijk voor veel toepassingen in de ondergrond belangrijk om te weten. Want zeg nu zelf, we willen allemaal schoon drinkwater, degelijke bakstenen en dakpannen voor onze huizen en voldoende energie om onze huizen te verwarmen.
Fotocredits:
Hoofdfoto: De Maas bij Heijen (© Rijkswaterstaat)
Grondmonsters uit de steekboring Heijen tussen 12 en 18 meter onder de grond. In de zes kolommen zit telkens maximaal een meter aan grondmonsters. In de grondmonsters links zie je grijs, bleke zanden van de Maas en rechts zie je roodbruine tinten van de Rijnafzettingen overheersen. (Foto © TNO-GDN)
Detailopname van zand en grindkorrels van de Maas en Rijn. (Foto © TNO-GDN)
