Vuursteen, hoe is het ontstaan

25 augustus 2023

Zwarte vuursteen met cortex – Zwerfsteen van Gaarkeuken (Gr.). Onverweerd is vuursteen vaak zwart met daaromheen resten van de witte cortex.

Door Harry Huisman

Stenen krijg je kapot met een hamer of door ze tegen een andere steen te gooien. Dat is bij vuursteen ook zo. Maar er schuilt een addertje onder het gras. Stenen bestaan uit gesteente, maar wat men in de geologie onder gesteente verstaat, gaat voor vuursteen niet op. Vuursteen is weliswaar steenhard, maar het vormt geen rotsen en bergen, zoals graniet of zandsteen. Wat is het dan wel?

Inhoudsopgave

Het ontstaan van vuursteen

Vuursteen ontstond in de zeebodem van een subtropische zee tijdens het Bovenkrijt en het vroeg Tertiair, zo’n 100 tot 61 miljoen jaar geleden. Hoe de vorming precies in zijn werk ging, daarover heerst nog veel onduidelijkheid. Vuursteen vormt namelijk concreties in kalksteen en lagen wit schrijfkrijt. Deze concreties zijn grillige samenklonteringen van silica. Ze zijn vaak knol-, bol- of schijfvormig met alle denkbare variaties daartussen. Soms lijken vuursteenconcreties op boomtakken of stukken hertengewei, soms zijn die zo dik dat veel mensen denken dat ze met een stuk dinosaurusbot te maken hebben.

Reconstructie van zeeleven in de warme krijtzee.

Op de bodem van de subtropische Krijtzee ontstond door het afsterven van plankton en zeebodem bewonende dieren, kalkslib. Daartussen bevonden zich ontelbare kiezelskeletjes van eencellige diatomeeën en radiolariën. In de kalkige zeebodem loste het kiezel (=silica) van de skeletjes op. Hieruit ontstond een verdunde kiezeloplossing. Veel is nog onbekend, maar wellicht onder invloed van rottend organisch materiaal, scheidde silica zich af uit de kiezeloplossing. Dit gebeurde rond en in de kalken huisjes en schelpen van dode dieren, maar ook in graafgangen van wormen en kreeften. Daarom vinden we in vuursteen vaak fraaie, in detail bewaard gebleven fossielen.

Ook in het water zwevende radiolariën bezitten een ragfijn skeletje van silica.

Diatomeeën noemt men ook wel kiezelwieren. De skeletjes van de eencellige organismen bestaan uit silica (opaal). Vermoed wordt dat deze mede de bron zijn van de kiezel waaruit vuursteenknollen zijn ontstaan.

Vuursteenconcreties

Vuursteenconcreties variëren van een paar centimeter tot meer dan een halve meter. Soms zijn ze in bepaalde lagen meer dan een meter groot. Worstvormig kronkelende vuursteenconcreties, die vaak meters lang kunnen zijn, zijn vaak ontstaan rond kruipgangen van kreeften en wormen. Vuursteenplaten en dito banken kunnen soms vele tientallen meters gevolgd worden.

Vuursteenknol – Zwerfsteen van Horne Naes, Fünen (Dk.). Vuursteenknollen bezitten zeer uiteenlopende vormen. Sommige tonen gelijkenis met dieren. Met een echt fossiel hebben ze echter niets te maken. De vorm is puur toeval.

Vuurstenen bevatten vaak gaten. Ze worden veel gezocht. In het volksgeloof zouden deze Hühnergötter het vee behoeden voor ziekten en ander onheil.

Waar bestaat vuursteen uit?

Vuursteen bestaat hoofdzakelijk uit silica (SiO₂), ook wel kiezel genoemd. Silica in vuursteen vormt uiterst kleine kristallen van kwarts en andere silica-mineralen, waaronder moganiet en opaal. De kristallen zijn alleen bij zeer sterke vergroting onder de elektronenmicroscoop zichtbaar. Zo’n microscopisch fijne kristalstructuur noemt men kryptokristallijn, van het Griekse kryptos dat verborgen betekent. Naast kwarts en chalcedoon bevat vuursteen een wisselend gehalte aan opaal en moganiet. Opaal is amorfe silica dat net als moganiet water in gebonden vorm bevat. Van opaal is de chemische formule: SiO₂,2H₂O.

Blootgesteld aan zonlicht, vooral op stranden, maar ook door vorstwerking verliezen moganiet en opaal hun water. Vuursteen verkleurt daardoor aan de buitenzijde witachtig. Deze verkleuring noemt men patina. Is de patinalaag zeer dun, dan kleurt deze als ondermelk, blauwachtig wit. Is de laag dikker dan is deze melkwit. Zwaar gepatineerde vuurstenen zijn massaal te vinden op oude stranden en strandwallen langs de Oostzeekust in Duitsland en Denemarken. De stenen zijn niet zelden tot in de kern wit. Dat de witte kleur op een poreuze structuur wijst, is te merken door de tong tegen zo’n witte vuursteen te houden. Vocht wordt in de poriën gezogen, waardoor de tong merkbaar aan het oppervlak kleeft.

Vuursteen met steenkern van een zee-egel – Zwerfsteen van Haddorf (Dld.) Het gevlekte oppervlak van de vuursteen is de sterk verweerde en deels afgesleten buitenzijde van de vuursteenknol. Op de foto is de vijfstralige onderzijde van de zeeëgel (Galerites vulgaris) fraai te zien.

Vuursteen is door zijn homogene, dichte structuur, vaak glasachtig en doorschijnend. Het bevat meestal ook zeer kleine insluitsels van kalk, hoewel deze in verweerde Drentse vuurstenen door oplossing verdwenen zijn. Ook pyriet komt voor. Vers gedolven vuursteen uit krijtkalk is op de breuk zwart, grijszwart, bruinzwart, grijs of wit met grijze vlekken, vegen en/of strepen. De zwarte kleur wordt veroorzaakt doordat invallend licht geabsorbeerd wordt. Dunne splinters zijn doorzichtig.

Verwering

Vuurstenen die sinds de ijstijd hier al meer dan 150.000 jaar in de bodem voorkomen, zijn afhankelijk van de bodemlaag waarin ze liggen door verwering en infiltratie met grondwater vaak beige/geel, bruinachtig en soms zelfs rood. Deze kleuren zijn veroorzaakt doordat ijzerhoudend bodemvocht in de poriën van de vuursteen getrokken is en daar is geoxideerd. Het aanwezige ijzer gaat dan roesten. Onverweerde vuursteenknollen zijn aan de buitenzijde wit. De witte buitenkant bestaat uit een dun, poreus overgangslaagje, dat net als de vuursteen zelf uit fijnkristallijne en opaal-achtige silica bestaat. Dit witte laagje noemt men de cortex. In verse vuursteen bevat de cortex nog veel kalk. Dit lost bij verwering snel op.

Bij losse zwerfstenen van vuurstenen is de kalk in de cortex allang verdwenen. Alleen in onverweerde, kalkrijke keileem komen vuurstenen voor waar de cortex nog kalk bevat. De silica van de poreuze cortex zelf is transparant. Door lichtverstrooiing kleurt deze net als schrijfkrijt wit.

Vuurstenen die lang in de bodem hebben gelegen, verliezen hun poriewater. Dat was met vuurstenen in de prehistorie ook het geval, vooral als die van het oppervlak waren opgeraapt of ondiep uit de bodem kwamen. Deze vuurstenen waren moeilijker en vooral onvoorspelbaarder te bewerken. Bovendien bezaten deze vuurstenen vaak scheurtjes die niet of moeilijk te zien waren. Oppervlakte vuursteen had daarom vaak een slechte kwaliteit. Voor het maken van grote werktuigen als dolken, bijlen en sikkels, waren ze meestal ongeschikt. Voor die werktuigen was men aangewezen op import uit het Oostzeegebied en Noord-Denemarken. Vuursteenbrokken die men aan de voet van keileemkliffen vond of die door mijnbouw uit de kalksteen gedolven waren, hadden deze tekortkomingen niet.

Vuursteen – Zwerfsteen van Lieveren (Dr.). Zwaar gepatineerde vuursteen met windlak.

Vuurstenen die op oude stranden lange tijd aan zonlicht en vorst blootgesteld zijn, ontwikkelen een opvallend dikke witte patina. Deze is zo poreus dat een vochtige tong aan de steen blijft plakken – Bogebjerglund, Fünen (Dk.).

Grijze, doorgeslagen vuursteen uit de kalkgroeve bij Lagerdorf (Dld).

Bruine vuursteen – Zwerfsteen van Norg (Dr.).Vuursteen is weliswaar dicht, maar ook poreus. In grondwater opgelost ijzer oxideert onder invloed van zuurstof.

Rode vuursteen – Zwerfsteen van het Hoge Veld, Norg (Dr.). Sommige vuurstenen zijn door hematiet rood of rood-oranje.

Werktuigen van vuursteen

Ondanks de gebreken die aan verweerde zwerfstenen van vuursteen kleven, hebben mensen in de prehistorie er dankbaar gebruik van gemaakt. Werktuigen als pijlpunten, boortjes, schrabbers, mesjes en ook kleine bijlen kon men er prima van maken. Van ondoorzichtige, korrelige vuursteen maakte men in het Mesolithicum zelfs hakken en bijlen, die tot zo’n 15 cm lang waren. Ze waren naar onze indruk wat slordig gemaakt en waren zeker niet zo fraai symmetrisch als de Neolithische bijlen uit het Oostzeegebied. Vaak volgden deze Mesolithische bijlen deels de oorspronkelijke vorm van de zwerfstenen waar ze uit gemaakt waren. De meeste zijn gemaakt van ondoorzichtige, meer korrelige vuursteen. Blijkbaar was dit vuursteentype minder verweringsgevoelig, dan de glasachtige varianten.

In het Neolithicum werden uit verse vuursteenknollen halfproducten van grote bijlen gemaakt. Deze werden verhandeld en vaak door de eigenaar geslepen.

In het Mesolithicum jagers/verzamelaars van vuursteen onder meer kernbijlen.

Het gebrek aan kwalitatief goede vuursteen is de reden waarom in het Mesolithicum vooral kleine vuurstenen werktuigen konden worden gemaakt. Op de foto een aantal verschillende typen pijlpunten.

Samenvattend

Samenvattend, vuursteen bestaat uit kiezel of silica en is ontstaan als concretie in kalksteenafzettingen uit het Laat-Krijt en het Vroeg-Tertiair.

Bryozoënvuursteen

Een heel bekend vuursteentype uit het Vroeg-Tertiair (Danien) is bryozoënvuursteen.

Bryozoenvuursteen – Zwerfsteen van Niebert (Gr.)Door het verkiezelingsproces zijn de kalkige bryozoën tot in detail bewaard gebleven.

Bryozoenvuursteen – Zwerfstreen van het Hoge Veld, Norg Door het oplossen van de kalkhoudende cortex liggen talrijke kleine takfragmenten van bryozoën ruimtelijk aan de buitenzijde van het stuk vuursteen.

Dit artikel is een deel van een serie van 21 artikelen over het gebruik van zwerfstenen. De overige delen zijn te vinden op https://www.hunebednieuwscafe.nl/category/gebruik-van-stenen-in-de-prehistorie/

Harry Huisman

Harry Huisman is conservator geologie in het Hunebedcentrum.