Geologische vorming

De kwaliteiten en eigenschappen van bouwmaterialen van natuurlijke oorsprong zijn sterk gekoppeld aan de geologische vorming van het materiaal. Deze primaire grondstoffen worden wat betreft wordingsgeschiedenis over het algemeen onderverdeeld in de volgende groepen:

• stollingsgesteente;
• sedimentair gesteente;
• metamorf gesteente.

Stollingsgesteenten zijn ‘kristallijne gesteenten’, dat wil zeggen dat ze zijn uitgekristalliseerd uit mineralen en rechtstreeks gevormd zijn door afkoeling van gloeiend hete, vloeibare magma. De stollingsgesteenten zijn vaak erg oud. Een groot deel is 1.500 tot 1.800 miljoen jaar geleden ontstaan. Er worden drie groepen onderscheiden:

• dieptegesteenten;
• ganggesteenten;
• uitvloeiingsgesteenten.

Elk van deze groepen heeft zijn eigen kenmerken.

Dieptegesteenten zijn gevormd door stolling van het aardmagma op een aantal kilometers diepte. Over het algemeen zijn ze langzaam en gelijkmatig afgekoeld, waardoor de mineralen allemaal goed zijn uitgekristalliseerd en een gesteente met een homogene kristalstructuur is ontstaan.

Graniet is het meest voorkomende dieptegesteente. Het komt voor in allerlei vormen, structuren en kleuren. Graniet is een erg sterke steensoort, wat het zeer geschikt maakt voor toepassingen onder zwaar belaste oppervlakken. Het materiaal wordt veel gebruikt als natuursteen in sierbestrating. Graniet moet niet worden verward met ‘petit granit’, dat een licht metamorfe kalksteen is en veel in de Ardennen wordt gedolven.

Met ganggesteente wordt een stollingsgesteente bedoeld dat niet diep onder en niet aan het aardoppervlak is gestold, maar er tussenin. Er is geen absolute definitie van wat een ganggesteente en wat een dieptegesteente wordt genoemd, maar over het algemeen worden gesteenten dieptegesteenten genoemd als de kristallen eenvoudig zijn te onderscheiden (groter dan 1 mm). Ganggesteenten zijn gewoonlijk opgebouwd uit zeer fijnkorrelige mineralen. Voorbeeld van een ganggesteente is porfier. De hardheid, drukvastheid en slijtvastheid maken porfier geschikt voor zware belasting.

Uitvloeiingsgesteente, ook wel vulkanisch gesteente genoemd, is een stollingsgesteente dat aan het aardoppervlak van een vulkaan is gevormd bij vulkanische uitbarstingen. Nadat het magma het oppervlak of de zeebodem bereikt, wordt het lava genoemd. Door verschillen in magmasamenstelling, snelheid van uitvloeiing, temperatuur en chemisch­-mineralogische samenstelling zijn er meerdere soorten lava met elk een eigen gedrag en met als kenmerk een poreuze structuur.

Basalt is op aarde het meest voorkomende uitvloeiingsgesteente. Het materiaal is meestal zwart van kleur en bestaat vanwege de snelle stolling van lava uit kleine kristallen. De krimp die optreedt bij de stolling van de basaltlava leidt tot typische zeshoekige structuren (basaltzuilen) (zie figuur 3.1). Als een uitvloeiingsgesteente is gevuld met gasbellen als gevolg van stoomvorming bij de uitbarsting, kan het echter ook puimsteen (bims) worden, dat dus een aanzienlijk lagere dichtheid en sterkte heeft.

Sedimentair gesteente of afzettingsgesteente is gesteente dat ontstaat door lithificatie (gesteentevorming) van afgezet sediment of organisch materiaal. Het afzetten van sediment (sedimentatie) is een verzamelnaam voor processen waarbij deeltjes bezinken of mineralen neerslaan uit water of een andere oplossing. Sediment is afkomstig van elders, waar het door verwering en erosie werd losgemaakt, om daarna door water, wind, grondbeweging of ijs naar de plek van sedimentatie te zijn getransporteerd.

Sedimentaire gesteenten vormen zich op of vlak onder het aardoppervlak. Hoewel ze maar een zeer klein deel van het volume van de aarde uitmaken, bedekken ze het grootste gedeelte van het aardoppervlak. In sedimentaire gesteenten is vrijwel altijd een laagstructuur te herkennen. De aard van het sediment en dus ook de eigenschappen van het materiaal hangen af van de belastingsrichting, de oorsprong van het sediment, het afzettingsmilieu en de hoeveelheid sediment die werd aangevoerd:

• de kust is een afzettingsmilieu dat wordt gedomineerd door de golfwerking. Op een strand wordt vooral zand en grind afgezet, gemengd met fragmenten van schelpen.
• in warme klimaten zullen in ondiepe zeeën veel kleine organismes voorkomen die hun skeletjes uit kalk (calciumcarbonaat) opbouwen. Door de bezinking van deze skeletjes kan kalkslib worden afgezet, dat later wordt omgezet in kalksteen.
• in stilstaand water, zoals in moerassen, meren en lagunes, zullen fijne sedimenten zoals klei worden afgezet, gemengd met de resten van dode planten en dieren. Onder de druk van de aardkorst gekomen, zullen deze sedimenten worden samengeperst tot (klei) schalie en bruinkool.
• stromend water, zoals in rivieren, zal meer sediment aanvoeren dat is opgebouwd uit fragmenten van verweerd en geërodeerd gesteente. Een voorbeeld uit deze groep is grauwacke. De naam van het gesteente verwijst naar de grauwe, vaak groengrijze kleur die het materiaal aanneemt.
• sediment dat door landijs, grondbewegingen of de wind is afgezet heeft minder blootgestaan aan water en kan daardoor minder sterk verweerd zijn.

Metamorf gesteente is een stollings- of sedimentgesteente dat onder invloed van temperatuur en druk is gerekristalliseerd en een metamorfose heeft ondergaan. Gesteente dat aan het aardoppervlak gevormd is, kan door tektonische daling of begraving onder sedimenten op grotere diepte in de aardkorst of ­mantel komen te liggen. Als de druk en de temperatuur in een gesteente hoog genoeg worden, kan een chemische reactie plaatsvinden waarbij een of meerdere mineralen worden omgezet naar een ander mineraal of andere mineralen. Voorbeelden van metamorfe gesteenten zijn leisteen dat uit klei of schalie wordt gevormd, marmer dat uit kalksteen ontstaat en steenkool dat vanuit veen via bruinkool is geformeerd.