Je leest:

Bevroren barsten in de bodem

Bevroren barsten in de bodem

Auteur: | 25 februari 2011

Krimpscheuren vind je in allerlei soorten en maten. Denk maar aan aan zeshoekige basaltzuilen die ontstaan bij het stollen van lava, of aan opdrogende klei: daarin zie je een heel patroon van barstjes tevoorschijn komen. Bij strenge vorst kunnen zelfs met ijs gevulde scheuren ontstaan. Zulke ijswiggen ontstonden ruim 10.000 jaar geleden in de Nederlandse ondergrond – en zijn nog altijd terug te vinden.

Je kent ze misschien wel, die pijnlijke kloofjes in je handen als je ’s winters zonder handschoenen buiten bent. Door de kou is je huid uitgedroogd en trekt zich samen, waardoor kleine barstjes ontstaan. Ook de natuur heeft wel eens last van een soortgelijk ‘schoonheidskwaaltje’: bij droogte of afkoeling kunnen krimpscheuren in de bodem vormen.

Geweerschot

Ook in bevroren grond kunnen scheuren ontstaan: niet zozeer door droogte, maar door thermische contractie – het verschijnsel dat bevroren grond (of steen, of asfalt) krimpt bij snelle, abrupte temperatuurdalingen. Dr. Ronald van Balen, geoloog aan de Vrije Universiteit Amsterdam: ‘Water zet natuurlijk uit als het bevriest, maar de scheuren ontstaan in permanent bevroren bodem en die krimpt bij afkoeling.’ Scheurvorming kan al optreden als de gemiddelde jaartemperatuur een paar graden onder 0 is en gaat gepaard met zulke harde knallen dat het lijkt alsof er een geweer afgaat.

Het ontstaan van een ijswig
H.M. French

Actieve laag

Tegenwoordig is het in Nederland bij lange na niet koud genoeg om vorstscheuren in de bodem te krijgen (al kom je ze nog wel eens tegen in asfalt), maar tussen 115.000 en 12.000 jaar geleden, tijdens de Weichsel-ijstijd, was ons land een poolwoestijn: de bodem was nauwelijks begroeid, er waaide een ijzige wind en het grootste gedeelte van de ondergrond was jaarrond bevroren. Alleen de ‘ actieve laag ’(de bovenste decimeters) werd ’s zomers voldoende verwarmd door de zon om te ontdooien. Door de droogte en extreme kou ontstonden ’s winters meterslange scheuren in de bodem. Vaak waren die scheuren maar een paar centimeter breed, maar gingen tot wel 2 tot 3 meter de diepte in.

Grote fossiele ijswig
Dr. R. van Balen

Wigvormig ijs

Dat die scheuren zich vervolgens ontwikkelden tot ijswiggen, was te danken aan de actieve laag. ’s Zomers stroomde het water uit de ontdooide bovenlaag namelijk in de scheuren in de permafrostlaag. Daar bevroor het water vervolgens en het uitzettende ijs zorgde ervoor dat de scheur een klein beetje breder werd. Vervolgens herhaalde het proces zich, tot wel duizenden jaren achtereen: in de met ijs gevulde scheur ontstond ’s winters een nieuwe scheur, die weer met water uit de actieve laag werd opgevuld – enzovoort. Stukje bij beetje werd de scheur breder. Omdat de scheurvorming niet elk jaar even diep was, gebeurde dat verbreden vooral aan de bovenkant, waardoor een wigvormig stuk ijs ontstond. Bij huidige ijswiggen (die je bijvoorbeeld nog in Rusland, Canada en Alaska kunt tegenkomen) is mooi te zien hoe er verticale lagen ontstaan: elk jaar waarin ijsvorming heeft plaatsgevonden is als een apart laagje terug te herkennen.

Actieve ijswig
Dr. R. van Balen

Oer-thermometers

In Nederland kwam met het einde van de ijstijd ook het einde voor de ijswiggen; de permafrostlaag ontdooide en het ijs smolt. Vervolgens werden de wiggen opgevuld door zand of grind uit de bovenlaag en ontstonden fossiele ijswiggen, die nog altijd in onze bodem te vinden zijn. Die ijswigrestanten werken zelfs als een soort ‘oer-thermometers’, omdat ze iets zeggen over de vroegere bodemtemperatuur. Van Balen: ‘De temperatuur waarbij ijswiggen kunnen ontstaan is afhankelijk van de bodemsamenstelling. Fijnkorrelige sedimenten hebben lagere temperaturen nodig, vanwege de elektrische krachten op korrelniveau. Die zorgen er namelijk voor dat water vastplakt aan de korrels, wat de bevriezing tegengaat.’

Kleine ijswig in ecoduct Elst
Dr. R. van Balen

IJswig vereeuwigen

Sommige fossiele ijswiggen kun je langs rivieroevers aantreffen; in de zandige oevers van de Twentse rivier de Dinkel zijn mooie exemplaren te vinden. Maar omdat het niet altijd makkelijk is zo’n wig goed in het veld te bestuderen, maken geologen vaak een lakprofiel. Ze maken de wand waarin de wig zich bevind vlak met een troffel en smeren er lak op; vervolgens wordt er een houten plaat tegen de wand geduwd waarop het zand dankzij de lak wordt vastgelijmd. Op die manier ontstaat een mooie zandafdruk. Een beetje zoals de plakplaatjes die je vroeger bij kauwgom had zitten: tijdelijke ‘tatoeages’ die je op je arm, been of schouder kon maken door het plaatje nat te maken en op je huid te wrijven. Bij Elst zijn wel heel bijzondere lakprofielen ontstaan. Zand en grind zitten tegen de betonnen palen aangeplakt die de weg boven de passage ondersteunen. Dat komt door de manier waarop de palen zijn gemaakt: eerst zijn gaten in het zand geboord die vervolgens zijn volgestort met cement. Het cement is als een soort lak in het zand getrokken, waardoor het zand aan de palen vast zit ‘gelijmd’.

‘Lakprofielen’ bij het ecoduct Elst

Dr. R. van Balen

Pingo met ijswigpolygonen in Canada. De meertjes tussen de ijswiggen zijn kenmerkend voor gebieden waar de permafrostlaag aan het ontdooien is.
Emma Pike, vrijgegeven in het publieke domein

IJswigpolygonen

Huidige ijswiggen zijn niet alleen in de bodem te herkennen, maar ook aan de oppervlakte. De scheuren vormen namelijk vaak netwerken van vier-, vijf- of zeshoeken. Deze ‘ijswigpolygonen’ kun je vooral vanuit de lucht mooi waarnemen en vaak vertonen ze verrassend regelmatige patronen. Wat precies bepaalt welk patroon ontstaat is nog onbekend, maar waarschijnlijk is het een combinatie van verschillende factoren, waaronder bodemsamenstelling en luchttemperatuur.

IJswigpolygonen IJsland
Creative Commons

Permafrosttunnel

Actieve ijswiggen zijn trouwens niet altijd makkelijk te bestuderen, want als ze te lang aan de buitenlucht worden blootgesteld (bijvoorbeeld doordat de bodem deels wordt afgegraven, zodat je ze mooi in zijdoorsnede kunt zien) bestaat het risico dat het ijs smelt. In Alaska heeft het Amerikaanse leger daar iets op gevonden: er is een speciale permafrosttunnel gegraven, waarin de temperatuur ruim onder het nulpunt wordt gehouden en onderzoekers tussen de ijswiggen door kunnen wandelen.

Involuties

In gebieden met permafrost zijn er naast ijswigvorming nog meer processen gaande in de bodem, die onder de verzamelnaam ‘cryoturbatie’ vallen. Van Balen: ‘Aan het einde van de zomer begint de actieve laag van bovenaf weer te bevriezen. Er ontstaat dan een met water verzadigde laag tussen twee ijsfronten in. Het water kan niet weg, en de spanning loopt op doordat het bevriezende water meer volume nodig heeft. Daardoor vindt fluïdisatie plaats en kunnen er dichtheidsverschillen in het sediment ontstaan.’ Zo kunnen er bijvoorbeeld involuties optreden – zakvormige structuren die ontstaan wanneer met water verzadigd sediment zwaarder wordt dan het onderliggende sediment.

Cryoturbatieverschijnselen in een zandlaag. De golvende vormen in het midden zijn een voorbeeld van involutie.

Dr. R. van Balen

Filmpje van de Amerikaanse cultheld ‘Tunnelman’, die op humoristische wijze het ontstaan van aan permafrost gerelateerde landschapsvormen uitlegt. Het filmpje begint in de permafrosttunnel in Alaska en vanaf 1:40 wordt de vorming van ijswiggen toegelicht. Let vooral ook op de (Engelse) tekst!

Bronnen

  • N. Davis. Permafrost – a frozen ground in transition. University of Alaska Press (2001)
  • W. De Gans. Geologieboek Nederland. ANWB/TNO (2008)
  • H.J.A. Berendsen. De vorming van het land. Van Gorcum (2008)
  • Van der Straaten, R., en Van Balen, R.T. Smeltwaterafzettingen ontsloten in de ecopassage bij Elst Grondboor & Hamer 64, blz. 54-60 (2010)

Zie ook:

Dit is het tweede deel in de serie Sporen in het landschap, over bijzondere landschapselementen op en in de Nederlandse bodem. De volgende aflevering gaat over zwerfstenen.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 25 februari 2011

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.