De oude Grieken meenden, dat de Aarde bestond uit vuur, aarde, water en lucht. Aarde en lucht zijn overal, hier zijn water en "vuur" (geen echt vuur maar alleen een uiting van de warmte in de aardbol) verenigd aan de Cabo de Gata (Zuid-Spanje) aan de Middellandse Zee. Vulkanische gesteenten zijn er op spectaculaire wijze door zon, wind en water geprofileerd.Het landschap dat we dagelijks om ons heen zien is ons zo vertrouwd dat we er meestal niet meer over nadenken hoe dit zo is ontstaan. Maar als we op vakantie zijn in een voor ons vreemde omgeving, vragen we ons vaker af hoe de verschillende landschappelijke elementen die we daar dan zien, kunnen zijn gevormd. Hoe ontstaan die enorme gebergteketens? Wat is de oorsprong van die rokende vulkaan? Hoe komt het dat we soms hoog in de bergen fossiele overblijfselen van zeedieren vinden? Waarom kronkelt die rivier in zo’n diep dal? Hoe kan het keiharde gesteente op zo’n mooie wijze worden verplooid?
Vragen waar we niet één, twee, drie een antwoord op weten.
De geologie, de wetenschap van de kennis van de aarde, probeert antwoord te geven op dit soort vragen. Geologie omvat een groot aantal richtingen, zoals de sedimentologie, vulkanologie, paleontologie, mineralogie, petrologie en geofysica. De algemene of fysische geologie bestudeert de processen die de aardkorst veranderen, afbreken en opbouwen. Deze richting fungeert als het ware als koepel en verbindingselement tussen een aantal deelgebieden die verklaringen geven voor grootschalige geologische structuren op aarde. Hiertoe behoren bijvoorbeeld de verdeling van land en zee; het voorkomen van gebergten of vlakke gebieden midden in een uitgestrekt landgebied of langs de zeekust; het voorkomen van vulkanen. Deze liggen vaak in duidelijk afgebakende stroken op Aarde en moeten dus een relatie hebben met de grote structuren van de aardkorst. Daarnaast zijn er kleinschaliger verschijnselen: op de ene plaats vinden we zachte modder, op een andere plaats een indrukwekkende complexiteit van allerlei harde gesteenten met een grote variatie aan mineralen.
Het doel van de algemene geologie is dan ook te onderzoeken door welke processen de aardkorst de samenstelling en het uiterlijk heeft gekregen zoals we die nu om ons heen zien.
Waarom berg, waarom dal?Bij geologie krijg je te maken met processen die onvoorstelbaar lange tijd duren. De resultaten daarvan, zoals fraaie vloeiende plooien in harde gesteenten, zijn in menselijke tijd niet voor te stellen. Gesteenten die honderden miljoenen jaren oud zijn liggen hier en daar aan de oppervlakte, soms met overblijfselen van wat toen leefde. Een gebergte van tientallen miljoenen jaren oud is in geologische context nog 'jong' De Aarde is een unieke planeet, zij bezit een eigen warmtebron die haar de mogelijkheid geeft de aardkorst te laten bewegen. De aardkorst is geen geheel maar bestaat uit stukken die ten opzichte van elkaar bewegen, sommige delen wijken uit elkaar, andere komen naar elkaar toe en er kunnen botsingen optreden. Deze beweging ontstaat door plaatselijke verschillen in warmtetransport door de aardbol; het is veruit het belangrijkste proces dat zich op Aarde afspeelt. Dit proces heet de plaattektoniek. Alle grote structuren van de aardkorst en van het aardoppervlak worden door dit mechanisme veroorzaakt en beïnvloed.
De opbouw van de aardkorst gebeurt door krachten in de Aarde zelf, die een gevolg zijn van de plaatbewegingen. Dit zijn de endogene processen. De landschapsvormen om ons heen worden in belangrijke mate gevormd door krachten die van buitenaf op het aardoppervlak inwerken, dit zijn de exogene processen.
Endogene processen
De plaatbewegingen veroorzaken de grote wereldwijde structuren van de aardkorst, tezamen aangeduid als de geotektoniek. De uiteengaande beweging van aardkorstplaten treedt op in langgerekte stroken van de Aarde waar meer warmte oprijst dan gemiddeld. In het algemeen bevinden deze stroken zich in de oceanen, in de Atlantische Oceaan precies in het midden. Dit is de separatie. Door de sterkere verwarming zetten de gesteenten van de mantel uit en ontstaat er een 'bergrug' op de oceaanbodem die gemiddeld 2500 meter boven de oceaanbodem uitsteekt. Deze rug, die door alle oceanen te vervolgen is, heet de mid-oceanische rug. In het midden van deze rug ontstaan scheuren die gevuld worden met bazaltisch magma. Dit magma ontstaat door gedeeltelijk smelten van de mantel onder de rug. Door dit zich telkens weer herhalend proces wordt de oceaanbodem gevormd. Jaarlijks wordt er op Aarde 2,5 km2 nieuwe oceaanbodem gegenereerd. De bazaltische oceaanbodem beweegt zich van de oceanische rug af met een snelheid die rond de 10 cm per jaar kan bereiken. Daarbij beweegt niet alleen de 7 km dikke oceanische korst, maar ook een meer dan 90 km dikke laag mantelmateriaal; tezamen wordt dit de lithosfeer genoemd.
Elders zal in hetzelfde tempo aardkorst moeten verdwijnen. Dit gebeurt in de subductiezone. Hier zakt de oceanische lithosfeer weg in de mantel. Veel vulkanen, o.a. langs de randen van de Stille Oceaan, zijn aan een subductie-zone gerelateerd. Deze vulkanen produceren lava's die veel taaivloei-baarder zijn dan in de mid-oceanische rug het geval is en geven aanleiding tot hevige, explosieve erupties. Niet alle aardkorst verdwijnt in de subductiezone. Continentale lithosfeerplaten zullen frontaal op elkaar botsen, waardoor brede randzones in elkaar worden gedrukt en gedeformeerd. Zo ontstaan door deze zogenoemde orogenese de plooiings-gebergten: door de botsing van Afrika en Europa, enkele tientallen miljoenen jaren geleden, ontstonden de Alpen. Vele processen rond de plaattektoniek zijn uitgegroeid tot specialisaties binnen de algemene geologie. Bij separatie en subductie ontstaat vulkanisme, het bewijs aan het oppervlak van het feit dat gesteenten van mantel en aardkorst kunnen smelten. Het proces van het magmatisme omvat het vulkanisme en het plutonisme; deze richting bestudeert de gesteenten die diep in de aardkorst langzaam hebben kunnen stollen.
Door de orogenese, die optreedt in de randen van botsende continentale aardkorstplaten, ontstaan plooien en breuken in de gesteenten en worden gesteenteseries over elkaar heen geschoven. Deze processen worden samengevat onder tektoniek. Bewegingen van de aardkorst gaan veelal niet gelijkmatig, maar schoksgewijs, daardoor ontstaan aardbevingen. De studie van de aardbevingsgolven en processen in de breukvlakken is de seismologie. Een breuk is een scheur waarlangs beweging plaats vindt. Beroemd is de horizontale beweging langs de San Andreas Breuk tussen Los Angeles en San Francisco aan de zuidwestkust van Noord-Amerika, waar de kuststrook ten westen van de breuk met veel geweld ten opzichte van het vasteland wegschuift naar het noorden. Is er langs barsten geen beweging opgetreden dan spreken we van diaklazen.
De sterke bewegingen van de aardkorst waarbij een gebergte ontstaat hebben ook als resultaat dat gesteenten sterk veranderen. De bewegingen en de toename van de dikte van de aardkorst maken dat de temperatuur toeneemt, daarnaast heersen er enorme drukspanningen in de botsingszone. De combinatie van deze factoren maakt dat de gesteenten van samenstelling en textuur veranderen, dit is de metamorfose. Metamorfose voltrekt zich per definitie in het vaste gesteente. Resultaten zijn onder meer marmer, leisteen, glimmerschist, amfiboliet en gneis. Lopen de druk en de temperatuur zo hoog op dat er gesteente smelt, waarbij er vaak een granitisch stollingsgesteente ontstaat, dan spreekt men van anatexis.
Exogene processen
De exogene processen betreffen de inwerking van de zon, de atmosfeer, de hydrosfeer (zeeën, rivieren, ijs) en van de biosfeer (de levensgemeenschap) op de aardkorst. Bij de exogene processen onderscheidt men het kapotmaken van gesteenten door de verwering.
Door temperatuurverschillen tussen dag en nacht, vooral effectief in de hete en in de koude woestijn, en vooral door bevriezen van water in barsten, versplintert het gesteente. Dit zijn de mechanische verweringsprocessen. Regenwater, dat van nature zuur is door opname van koolzuurgas uit de atmosfeer, veroorzaakt in gesteenten chemische verweringsreacties, waardoor de mineraalinhoud van een gesteente gedeeltelijk verandert en er een verweringsbodem ontstaat. Er zijn zelfs gesteenten die door het zure regen- of grondwater oplossen. Kalksteen, dat altijd doorzet is met diaklazen, lost langs deze barsten op, waardoor de spectaculaire karstoppervlakken ontstaan. Vervolgens worden de verwerings-fragmenten opgenomen door de transporterende krachten. Dit zijn de zwaartekracht, stromend water, waaiende wind en schuivend ijs.
De fragmenten worden vervoerd en verkleind en intussen wordt met deze fragmenten ook het landoppervlak uitgeslepen en afgeschaafd; dit is de erosie. De vervoerders dumpen het afbraakmateriaal van het land op de lange (geologische) duur uiteindelijk allemaal in zee. Het neergelegde slib op de zeebodem is een afzetting ofwel een sediment, het proces heet sedimentatie. Veel sedimenten worden gekenmerkt door gelaagdheid.
Sedimenten worden niet alleen gevormd door neerslag van afbraakmateriaal van het land (terrigeen detritus) maar ook door de werking van organismen; dikke pakketten kalksteenlagen worden opgebouwd door de kalkschaaltjes van velerlei organismen. Ook een vulkanische gruisafzetting is een sediment. Deze voldoet aan alle kenmerken: het is materiaal dat ergens vandaan komt, wordt vervoerd (door de lucht) en neergelegd als een afzetting.
Kringloop der gesteenten
Als in de miljoenen jaren van doorgaande sedimentatie de stapel sedimenten steeds dikker wordt dan neemt onderin de stapel de druk zodanig toe dat het zachte, ongeconsolideerde slib in elkaar gedrukt wordt tot een hard sedimentgesteente. Deze zogenoemde consolidatie, waarbij er geen of in zeer geringe mate een mineralogische verandering optreedt, is de diagenese. Als de omstandigheden verder veranderen gaat diagenese geleidelijk over in metamorfose.
De buitenste lagen van de Aarde doorlopen een continue cyclus van afbraak en opbouw, die gedurende de gehele geologische geschiedenis van miljarden jaren is doorgegaan.
Stichting GEA: geknipt voor de geologie!
We konden hier maar een greep doen uit de rijke voorraad van onderwerpen waaruit de algemene of fysische geologie bestaat.
De taal waarin de Aarde haar geschiedenis schrijft kan ontcijferd worden door met de basiskennis van de geologie vertrouwd te raken. Deze basiskennis wordt aangedragen door de Stichting Geologische Aktiviteiten, die tot doel heeft het bevorderen van de belangstelling voor de geologie en het vergroten van de kennis ervan in de ruimste zin. Stichting GEA vult deze doelstellingen onder meer in door het uitgeven van het tijdschrift Gea en door het organiseren van cursussen.