Geologie

Geologie

imburg bestaat aan de oppervlakte, in Noord- en Midden-Limburg, voor een groot deel uit zandgronden, die in het Tertiair door de Rijn, die toen veel groter en krachtiger was dan tegenwoordig, werden aangevoerd. De tegenwoordig belangrijkste rivier, de Maas, was toen een vrij onbeduidende zijrivier van de Rijn.

De Maas stroomt over de hele lengte van zuid tot noord door de provincie en heeft de zand- en grindafzettingen van de Rijn ingesneden. Verder zijn de belangrijkste rivieren de Geul (bij Valkenburg), de Roer (bij Roermond), de Neerbeek (bij Neer) en de Geleenbeek (bij Geleen). Bij Epen komt gesteente uit het geologisch tijdperk Carboon aan de oppervlakte. Bruinkool en steenkool werden gewonnen in Midden- en Zuid-Limburg waar deze grondstoffen dicht aan de oppervlakte liggen. Het zuiden van Limburg geniet bekendheid vanwege het voorkomen aan de oppervlakte van krijtgesteente, afgezet in een ondiepe tropische zee tijdens het geologisch tijdperk Krijt. De ooit horizontale krijtlagen worden diep doorsneden door de Maas en de beekdalen van onder andere de Geul en de Gulp waardoor het zuiden van de provincie een heuvelachtig uiterlijk heeft gekregen. Ook typisch voor Zuid-Limburg is de leemsoort löss die tijdens de IJstijd door de wind hier werd afgezet. In het verleden werd in de Peel, op de grens van Noord-Brabant en Noord-Limburg, turf gestoken. De laatste restanten van dit veengebied zijn nu een natuurreservaat: de Groote Peel.

De krijtlagen uit het Maastrichts Krijt, plaatselijk bekend als "mergel", werden al sinds de Romeinse tijd in steengroeven uitgezaagd in blokken om als bouwstenen te dienen. Veel monumentale gebouwen in Limburg zijn uit deze mergelblokken opgetrokken. De oude mergelgroeven zijn tegenwoordig bekend als 'grotten' bijvoorbeeld die van Valkenburg zoals de bekende 'gemeentegrot' (strikt genomen zijn dit geen "echte" grotten maar groeven, omdat ze door de mens gemaakt zijn). Tegenwoordig nemen de winning van zand en grind bij Roermond nog een belangrijke plaats in.

Landschap

Uit de tijd van de mijnbouw stamt nog de onderverdeling in een Oostelijke Mijnstreek en een Westelijke Mijnstreek. Het Limburgs Heuvelland in het zuidoosten wordt vaak als Mergelland bestempeld. Toeristisch is de streek Zuid-Limburg een begrip. De bekendste onderdelen van het Mergelland zijn het Plateau van Margraten dat aan de noordzijde wordt begrensd door het dal van de Geul, en aan de westzijde door de Maasvallei met aan de overzijde de Sint Pietersberg, aan de oostzijde door het dal van de Gulp met het dorp Gulpen en met even verder de hoogten rond de Vaalserberg en zuidelijk door de Voerstreek. Het gebied tussen Vaals en Gulpen werd in 2005 door de Stichting Natuur en Milieu gekozen als mooiste landschap van Nederland en bekroond met 5 sterren.

Wat zijn veen, bruinkool, steenkool en antraciet?

Veen, bruinkool en steenkool zijn ontstaan uit dode planten. De aanwezigheid van koolstof (C; afkomstig uit de planten) maakt ze geschikt als brandstof. Bruinkool en steenkool zijn ingekoolde vormen van veen, die nadat ze zijn begraven onder een pakket sediment inkolen. Hierdoor nemen druk en temperatuur toe, worden water en andere vluchtige bestanddelen uit het veen geperst en neemt de concentratie koolstof (= brandbare stof) toe. Hoe hoger de concentratie koolstof, hoe meer energie het geeft bij het verbranden. Daarom is turf (gedroogd veen) geschikt om de kachel mee te stoken, maar brandt bruinkool beter en steenkool nóg beter. Gedurende het hele proces van veen naar steenkool wordt het pakket steeds dunner. Een laag steenkool van een meter dik is ooit een veenpakket van zo'n tien meter dik geweest.

Van plant naar veen

Plantenresten die in contact staan met de lucht worden door bacteriën, schimmels en andere micro-organismen afgebroken tot humus en ten slotte tot minerale deeltjes. Komen plantenresten echter onder water terecht, dan staat dit proces zo goed als stil. Onder water is zuurstof immers nauwelijks aanwezig en zijn er ook geen zuurstofafhankelijke micro-organismen om de planten af te breken. Wel zijn er anaërobe bacteriën (bacteriën die geen zuurstof nodig hebben) die van dode planten leven. De afbraak door deze organismen gaat echter zo langzaam dat de planten grotendeels intact blijven.

Is er een constante aanvoer van dood plantenmateriaal, zoals in een moeras, dan stapelen de resten zich op tot dikke lagen veen. Hierin zijn nog vaak stukjes bladeren, stengels, takjes en zaden te herkennen. De omzetting van plantenresten naar veen is in feite de eerste fase van inkoling. Omdat tijdens dit proces water uit het pakket geperst wordt, neemt het koolstofgehalte per gewichtseenheid toe van 50% naar 60%. De verbranding van turf levert dan ook meer energie op dan de verbranding van hout. Hoewel er al veel water uit het pakket geperst is, is het vochtgehalte van veen nog altijd hoog: het bevat meer dan 75% water. Bij de veenvorming komt vaak ook methaangas (CH4) vrij, dat ook wel bekend staat als moerasgas. (Bron: Geologie van Nederland)

Van veen naar bruinkool

Als een veenpakket onder hogere druk en temperatuur komt te staan gaat de inkoling verder. De druk wordt geleverd door zand- en kleilagen die boven op veenpakketten worden afgezet. Zij duwen de veenlagen in elkaar en persen er water uit, waardoor de koolstof uit de plantenresten dichter opeen komt te zitten. Als gevolg van het 'begraven' van het veenpakket komt deze steeds dieper te liggen. Met de diepte stijgt de temperatuur. Daardoor kan het pakket veen omgezet worden in bruinkool (ligniet). Doordat water en koolstofdioxide vrijkomen bij dit proces neemt het koolstofgehalte verder toe van 60 % in veen tot 70 % in bruinkool. De hoeveelheid water in bruinkool is afgenomen tot minder dan 25 %. (Bron: Geologie van Nederland)

Van bruinkool naar steenkool

Bruinkool is een tussenstadium in het vormingsproces van steenkool. Worden druk en vooral temperatuur nog hoger, dan zal bruinkool veranderen in steenkool. Wederom komen water en koolstofdioxide vrij. Steenkool bevat dan ook nog maar ongeveer 10 % water en heeft een nog hoger koolstofgehalte dan bruinkool. Een hoogwaardige steenkool kan tot wel 94% geconcentreerde koolstof bevatten. Deze goed brandbare variant wordt antraciet genoemd. Anders dan vaak gedacht wordt speelt tijd bij inkoling een veel minder belangrijke rol dan temperatuur en druk. In het zuiden van Sumatra bijvoorbeeld is zeer hoogwaardige steenkool te vinden uit het Tertiair. In Rusland daarentegen liggen veel oudere pakketten (± 300 miljoen jaar), die niet verder zijn gekomen dan bruinkool. De relatief jonge steenkool van Sumatra is zover ingekoold door de vulkanische activiteit in dat gebied: dankzij de hoge bodemtemperatuur kon het veen versneld inkolen. De oudere bruinkoolpakketten uit Rusland zijn nooit bedekt geweest met een dik pak sediment, waardoor er nauwelijks sprake is geweest van verhoogde druk en temperatuur. (Bron: Geologie van Nederland)

Van steenkool naar antraciet

Antraciet is een vorm van steenkool die aan hoge druk en temperatuur blootgestaan heeft. Antraciet wordt gevormd bij extra compressie van steenkool, dat op zijn beurt een hoger temperatuur- en drukregime heeft doorstaan dan bruinkool. Bij verdere compressie van antraciet zou grafiet en diamant kunnen ontstaan. De stapeling van koolstof-atomen wordt steeds optimaler naarmate de druk en temperatuur toenemen. Diamant wordt gekenmerkt door een perfecte stapeling.

In de tijd dat voor de verwarming van woonhuizen voornamelijk steenkool werd gebruikt was antraciet populair vanwege de stabiele brandeigenschappen en de geringe stofverspreiding. De goedkopere eierkolen werden gemaakt van samengeperst antracietgruis. (Bron: Wikipedia)

Mioceen: bruinkool

Tijdens het Mioceen was de Noordzee een stuk groter; de kust lag ongeveer in Zuid-Limburg. Het klimaat was subtropisch. In het gebied achter de kust ontstonden in die tijd uitgestrekte laagveengebieden, die af en toe overspoeld werden door de zee. Door bodemdaling en bedekking met sedimenten zijn deze pakketten ingekoold. Omdat de hoeveelheid bedekkend sediment gering was, is het niet verder ingekoold dan tot bruinkool. In Zuid-Limburg liggen deze pakketten tot enkele meters onder het oppervlak. De lagen die we hier aantreffen zijn echter vrij dun. Het zijn uitlopers van een tot honderd meter dik pakket in Duitsland, waar het nog volop gewonnen wordt.

Carboon: steenkool

Ook in het Carboon is in onze omgeving veel veen gevormd. Nederland lag in die tijd ter hoogte van de evenaar en er heerste een tropisch klimaat. Nederland was toen (ook al) een laagliggend land en werd regelmatig door de zee overspoeld. De rivieren zorgden echter voor een voortdurende aanvoer van zoet water, waardoor er zoetwatermoerassen konden ontstaan. In deze tropische moerassen groeiden vooral schubbomen, reusachtige paardenstaarten en varens, waaruit bosveen gevormd werd. Alhoewel de soorten die toen groeiden inmiddels zijn uitgestorven, was het type vegetatie in zulke moerassen wel vergelijkbaar met de vegetatie in de huidige tropische moerasbossen. Een voorbeeld hiervan zijn de Everglades in Florida. Hier groeien hoge bomen met een sterk verdikte stam om zich in de slappe ondergrond van het moeras staande te houden. In de steenkool zijn soms fraaie fossielen van de toen levende planten en dieren terug te vinden. (Bron: Geologie van Nederland)

Tijdens het Carboon daalde de bodem langzaam. Hierbij werd ruimte gecreëerd, die opgevuld werd met dikke veenpakketten. Wanneer de bodemdaling ervoor zorgde dat het gebied onder de zeespiegel kwam te liggen overstroomde het en eindigde de plantengroei. Vervolgens hebben de rivieren zand en klei afgezet boven op het veen. Zodra het gebied in de buurt van de waterspiegel kwam te liggen vormde zich weer een nieuw moeras, waarin een nieuwe laag veen werd afgezet. Dit herhaalde zich een aantal keren.

Dankzij deze opeenvolging bevindt zich nu een groot aantal lagen steenkool in de ondergrond. Hoe verder deze lagen naar beneden werden geduwd door de bovenliggende sedimenten, hoe hoger druk en temperatuur opliepen. Alle lagen koolden langzaam via bruinkool in tot de huidige steenkool. Door latere bodembewegingen zijn deze steenkoollagen vanuit de diepte op verschillende plekken weer omhoog gekomen. Vooral in Zuid-Limburg en de Achterhoek komen ze dicht onder het oppervlak voor.

Winning

De winning van veen, bruinkool en steenkool in Nederland is inmiddels verleden tijd. Sinds de middeleeuwen werd in Nederland veen afgegraven en gedroogd tot turf, dat als energiebron diende voor de verwarming van huizen. In het begin van de twintigste eeuw werd het gebruik van turf verdrongen door bruinkool en steenkool. Deze branden immers veel beter. (Bron: Geologie van Nederland)