Geologische begrippen (deel 25)

MEREN

De bestudering van de geologische aspecten van meren is een onderdeel van de limnologie. Nu is het de wetenschap van zoet water, dus ook van rivieren.
Meren ontstaan waar water blijft staan in een afvoerloze depressie, waar de normale fluviatiele afwatering stagneert. Geologisch gezien hebben meren vrijwel altijd een kort leven. Ze kunnen leeglopen als de afwatering wordt hersteld of ze kunnen worden opgevuld met sedimenten, hetzij anorganische, hetzij organische.

Ontstaan van meren
Er zijn veel processen, die tot de vorming van meren kunnen leiden.

1. In slenken vindt men tektonische meren. Ze zijn ontstaan door tektonische bewegingen (door vervormingen van de aardkorst = door daling van slenken). Meren in slenken zijn lang, meestal smal en bijna altijd diep. Aan weerszijden worden ze door evenwijdige breuken gescheiden van hoger gelegen schollen.
   Vb.: de meren van de Oost-Afrikaanse slenksystemen, het Baikalmeer in Siberië en de afvoerloze Dode Zee in de Jordaanslenk. Enkele van deze meren zijn bijna 700 km lang, 70 km breed en zo'n 1500 m diep.
2. Een andere soort tektonische meren is ontstaan door epirogenese = (rijzen en dalen van grote delen van de aardkorst), in dit geval daling van een groot gedeelte van de aardkorst. Voorbeelden van epirogene meren zijn het Victoriameer en het grootste meer op aarde, de Kaspische Zee. Dit laatste meer is er een voorbeeld van, hoe een deel van een zee kan worden afgesneden, meestal, zoals hier, door een strook laagland. Zo wordt het tot een meer.
3. Oeverwallen zijn zandige ruggen, die vaak liggen langs rivieren en geulen. Erachter vormen zich vaak meren in de fluviatiele vlakten. Ze zijn meestal ondiep en moerassig en ze kunnen bij hoge waterstanden nieuwe aanvoer van rivierwater en sediment ontvangen.
4. Lagunes ontstaan in kustvlakten, door afsluiting van de zee door strandwallen, waardoor zoetwatermeren ontstaan. Voorbeelden hiervan zijn de étangs in Frankrijk. Dergelijke ondiepe meren vormen een goed milieu voor het ontstaan van bosvenen, waarin de meeste steenkolenlagen zijn ontstaan. In Zuid-Limburg is dat niet het geval. De daar voorkomende steenkool is gevormd in ondiepe lagunes, kustzeeën.
5. Glaciale meren vormen een belangrijke groep. De meeste zijn ontstaan door gletschererosie = glaciale erosie. Stromend ijs vormt een hobbelige ondergrond met veel gesloten depressies. Hierin ontstaan dan later meren. Vroegere vergletscherde gebieden zijn rijk aan grillig gevormde meren. Denk maar aan Scandinavië, Finland en Canada.
6. Periglaciale meren zijn eveneens talrijk. Vb. pingoruïnes en thermokarstmeren (Een meestal ondiep meer in een permafrostgebied. Het water is van ontdooide permafrost. Als de permafrost blijft ontdooien kan het meer afvloeien, waardoor er een depressie ontstaat.
7. Door afdamming van rivierdalen door puinophopingen, bergstortingen, lava of morenen.
8. In kraters. (Kratermeer)
9. In karstdepressies.

Glaciale erosie
Kan blijvende sporen nalaten en is dus voor ons van belang. Door het zich verplaatsende ijs en vooral door de meegevoerde stenen wordt het onderliggende vaste gesteente afgeslepen en gekrast. De verplaatsingsrichting is vast te stellen aan de hand van gletsjerkrassen en van de oriëntatie van vervoerde stenen. Een tunneldal ligt in of onder een gletsjer. Bij afsmelting van de gletsjer verdwijnt dus ook het tunneldal. Op de bodem van een tunneldal veroorzaakt het afstromende water soms diepe erosie. De hierdoor gevormde dalen hebben een U-vormig dwarsprofiel met steile wanden. Het lengteprofiel is onregelmatiger in het verval dan bij fluviatiel gevormde dalen.
Ter hoogte van de sneeuwgrens ontstaat vaak een kaar = cirque. Dat is een halfronde erosievorm met steile wanden en een vlakke bodem. In een kaar bevindt zich vaak een kaarmeer. Bij het ontstaan van karen spelen vorstverwering en glaciale erosie een zeer belangrijke rol. Fjorden, die soms tot 1000 m diep zijn, zijn ontstaan door ingressie van de zee in glaciaal gevormde trogdalen. Aan de zeezijde bevindt zich meestal een drempel.

Het door gletsjers vervoerde materiaal noemt men morenes. Men onderscheidt oppervlaktemorenes, zijmorenes, grondmorenes en eindmorenes. Grondmorenes worden aangeduid met de naam keileem = boulderclay = glacial till
Als reeds gevormde afzettingen door ijs worden gestuwd, dan ontstaat er een stuwwal. De schubstructuur in stuwwallen wordt wel in verband gebracht met permafrost. Stuwwallen in Nederland zijn de Hondsrug (gedeeltelijk), de Veluwe ten W. van Apeldoorn, de Utrechtse Heuvelrug en de Nederrijnse Heuvelrug.
Zwerfstenen = erratica zijn door ijs over grote afstand vervoerde stenen. Van de fluvioglaciale afzettingen = door smeltwater gevormde afzettingen noemen we alleen de sandr = spoelzandvlakten. De in Zweden voorkomende per seizoen in cycli wisselende afzettingen in meren heten varven of warven. Deze kunnen worden gebruikt voor tijdmetingen in jaren.

Periglaciale verschijnselen.
Deze verschijnselen zijn typisch voor de kale of toendragebieden nabij gletsjers en landijs. Permafrost komt voor in aardlagen, die het jaar rond een temperatuur hebben beneden O°C. De laag erboven, die 's zomers ontdooit en daarna weer bevriest is de opdooilaag = actieve laag. Op het grensvlak van water en ijs kan water worden aangezogen uit niet-bevroren lagen. Dan kunnen er ijslenzen ontstaan. Het ijs ervan is het segregatieijs. Als er ijslenzen worden gevormd, hetgeen alleen bij fijnkorrelig materiaal geschiedt, dan gaat de grond opvriezen. Onder ongeveer 20% van het aardoppervlak bevindt zich een blijvend bevroren pakket. Soms is het voorkomen ervan niet te verklaren uit de huidige klimaatsomstandigheden en moeten we ze als fossiel beschouwen en stammend uit de ijstijd. Permafrost komt voor in dikten tot ettelijke honderden meters.
Vorstheuvels = pingo's = hydrolakkolieten hebben een dikke ijskern. Ze kunnen tot ca. 20 m hoog zijn. Als een pingo wordt aangetast door dooi en tenslotte geheel wegdooit, blijft er in het terrein een ronde inzinking over, meestal gevuld met water, omgeven door een lage wal = pingoruïne.
In Noord-Nederland komen ze veel voor. Dan zijn ze meestal gevuld met veen.
Als de temperatuur plotseling daalt tot ca. -20°C kunnen er in de bevroren grond vorstscheuren ontstaan. Deze zijn van minder dan 1 mm tot 2 cm breed en soms enkele meters diep. Ze kunnen worden gevuld met ander materiaal of met water en zo zichtbaar blijven. Dit proces kan zich in meerdere seizoenen herhalen, waardoor er vorstspleten of vorstwiggen kunnen ontstaan. Een patroon van enorme vierhoeken of veelhoeken = polygonen van vorstspleten kan aldus ontstaan, waarbij de diameter van de patronen kan variëren van < 10 tot wel >40 meter. Door volumevergroting bij bevriezing kan er gemakkelijk vorstverwering = gelivatie optreden. Extra uitleg over permafrost. Klik hier.


Kryoturbatie treedt op, als lagen sterk worden gedeformeerd door vorst en dooi.
Structuurbodems zijn bodems met een patroon, zoals cirkels of polygonen, waarbij stenen en grind zijn geconcentreerd langs de randen van de structuren. Over een verklaring zijn de geleerden het niet eens. Misschien spelen scheuren in de bodem en opvriezen een rol.
Opvriezen is het verschijnsel, waarbij de bodem bij bevriezing wordt opgeheven. Grof materiaal wordt hierbij mee opgeheven, waardoor er onder stenen soms een holte ontstaat, die gevuld kan raken met water, dat tot ijs wordt. Na smelten kan de steen in veel gevallen zijn oorspronkelijke plaats niet meer innemen, omdat die is opgevuld met ander materiaal. Hierbij kan regen ook een rol spelen. Veel boeren nemen dit op hun akkers waar en zeggen dan wel 'de stenen groeien de grond uit'.
Tenslotte nog iets over creep en gelifluctie. Bij bevriezing van de oppervlakte van een helling wordt het buitenste materiaal door opvriezen opgeheven loodrecht op de helling. Bij dooi zakt het verticaal naar beneden. Hierdoor buigen de lagen materiaal bij de oppervlakte op den duur a.h.w. naar beneden. Bij dit verschijnsel hanteert men de begrippen vorstcreep, gelifluctie, solifluctie en haakombuiging.

Water van meren
Het water van meren kan variëren van zoet tot zout. Dit laatste bv. in endorheïsche gebieden (gebieden zonder afvloeiing naar zee). Het water verdwijnt hier alleen door verdamping.
In meren komen bijna altijd levende organismen voor. De basis voor hun bestaan wordt o.a. gevormd door de in het water opgeloste stoffen, zoals voedingszouten, koolzuurgas, fosfor, stikstof en zuurstof. Primitieve ééncellige plantaardige organismen als fytoplankton vormen hiervan, onder invloed van zonlicht, organische verbindingen. Dit fytoplankton vormt de basis van alle verdere leven in meren.
In de limnologie onderscheidt men eutroof (voedselrijk) en oligotroof (voedselarm) water, met als tussenvorm mesotroof water.
De stikstof is normaal van organische oorsprong. Eutroof water komt dus vooral voor in gebieden met een rijke vegetatie. Een modern probleem is, dat de mens grote hoeveelheden organische afval- en meststoffen loost in rivieren en dus ook in meren. Het water wordt dan overmatig eutroof en er ontstaat overmatig veel plankton. Hierbij wordt zuurstof uit het water verbruikt, waardoor organismen afsterven. Ook het temperatuurverloop in het jaar heeft grote invloed. 's Zomers wordt de bovenlaag van het water verwarmd. Het warmere, soortelijk lichtere water = het epilimnion blijft boven het koudere, soortelijk zwaardere water = het hypolimnion staan.

1. Het epilimnion is de bovenste waterlaag in thermisch gestratificeerde meren en bevindt zich bovenop de dieper gelegen thermocline en het hypolimnion (waterlaag aan de bodem). Het epilimnion bevat in vergelijking met het hypolimnion typisch warmer, basischer (hogere pH) en zuurstofrijker water. In het stagnerende water bij de bodem is de zuurstof spoedig opgebruikt. Organismen sterven af. Door rotting ontstaat er koolzuur.
2. Het hypolimnion is de dichte waterlaag in een meer net onder de thermocline. Deze waterlaag is in de winter het warmste en in de zomer het koudste. Organismen kunnen hier moeilijk overleven: door de grote diepte is er onvoldoende zonlicht voor autotrofe organismen om aan fotosynthese te kunnen doen en kan er ook geen zuurstofgas uit de lucht met het water gemengd worden. In diepe meren in gematigde klimaatgebieden bedraagt de temperatuur op de bodem van het hypolimnion doorheen het jaar gemiddeld 4°C; in warmere streken kan deze temperatuur hoger liggen.

Rotting heeft plaats, als het milieu aëroobis (als er voldoende zuurstof aanwezig is). Als dit niet het geval is, dan kan er door anaërobe bacteriën (geen zuurstof nodig hebbende bacteriën), stinkend H₂S= zwavelwaterstof worden gevormd. In de herfst en in de winter koelt het water bij de oppervlakte af en ontstaat er weer circulatie.

Zoutmeren
In depressies in woestijnen, waar meren soms water bevatten en dan weer langdurig droogvallen ontstaan zoutmeren. Het door oppervlaktewater aangevoerde zout blijft op de bodem achter in de vorm van een zoutkorst, playa of salina. Winning van zeezout.
Maar er kan door verdamping ook capillair water opstijgen uit de ondergrond en daarbij zouten aanvoeren. Dit water uit de ondergrond kan connaat water zijn, dus zeewater, dat sinds de vorming van de afzetting in het gesteente is gebleven als poriënwater. Dit water bevat normaal Na+ en Cl- ionen. Hierdoor kunnen onder de zoutmeren de z.g. chloridemeren worden gevormd, naast sulfaat- en carbonaatmeren. Kortom: connaat water kan de samenstelling van het zout in zoutmeren sterk beïnvloeden.

Sedimentatie in meren
In meren vindt sedimentatie plaats. Men onderscheidt in meren voorkomende sedimenten in: (lacustriene = lacustrische = limnische)
1. klastische sedimenten, aangevoerd door rivieren. Waar rivieren in meren uitmonden, ontstaat er door de verminderde stroomsnelheid een afzetting van vrijwel alle meegevoerde verweringsmaterialen. Hierdoor wordt er een delta gevormd. Alleen deeltjes in suspensie worden in z.g. turbidieten dicht boven de bodem van het meer verder vervoerd. Rivierwater, dat een meer verlaat, bevat nog nauwelijks enige sedimentlast.
2. biogene sedimenten en chemische sedimenten. Biogene- en chemische sedimentatie is sterk seizoensafhankelijk.
   Calciumcarbonaat (kalk) wordt voornamelijk geprecipiteerd (neergeslagen door kalkalgen). In meren met een rijke flora van diatomeeën (kiezelalgen) kan bij afwezigheid van kleiaanvoer diatomiet worden afgezet. Op de bodem van een meer kan door de seizoencyclus een jaargelaagdheid ontstaan van organische stof en kalk of klei. In speciale gevallen kunnen er nog verschillende andere stoffen in meerafzettingen terechtkomen, zoals ijzerverbindingen, pyriet en chert (kiezel).
3. evaporieten ontstaan door indamping.