Archives: Glossary Terms

SAMENVATTING

Silica is een verbinding van een silicium met twee zuurstof atomen (silicium dioxide). Zuurstof en silicium ontstaan door kernfusie. Zuurstof in het centrum van sterren, het zwaardere silicium alleen tijdens een supernova. Silicium condenseerde vervolgens met zuurstof tot silica in een overblijvende koude moleculaire wolk. Uit een deel van zo'n wolk, de pre-solaire nevel, ontstond ons zonnestelsel waarin de silica concentreerde in aardse planeten.

SILICA STERRENSTOF

Relatief lichte elementen, met in de atoomkern een beperkt aantal protonen en neutronen, kunnen ontstaan uit nog lichtere atoomkernen, door fusie onder hoge druk en temperatuur in het centrum van een ster zoals onze zon. Zo ontstaat zuurstof in de stikstof-zuurstofcyclus, door fusie van stikstof met waterstof onder het uitzenden van röntgenstraling.

¹⁵N + ¹H → ¹⁶O + γ

Zwaardere elementen zoals silicium kunnen alleen ontstaan bij zeer hoog energetische kernfusie, zoals tijdens de intense explosie van een supernova. Het gevolg van de ineenstorting van een massieve ster onder haar eigen zwaartekracht, als er onvoldoende waterstof overblijft voor de tegenhoudende uitwaartse druk van de normale kernfusie in het centrum van de ster.

Zo ontstaat silicium met helium uit de fusie van zuurstof met zuurstof in het zuurstofverbrandingsproces.

¹⁶O + ¹⁶O → ²⁸Si + ⁴He

Na de supernova blijft er een koude moleculaire wolk achter waarin zuurstof en silicium condenseren tot silica (siliciumdioxide, SiO₂, Rho et al, 2018) Uit vergelijkbare concentraties van elementen gemeten in meteorieten en zonnespectra (Lodders et al, 2003) , kunnen we afleiden dat de moleculaire wolk waaruit ons zonnestelsel ontstond, voornamelijk was samengesteld uit waterstof en helium (98%) met slechts 0,075% zuurstof en 0,0045% silicium.

SILICA CONCENTRATIE OP AARDE

Ongeveer 4500 miljoen jaar geleden, ontstond ons zonnestelsel uit een fragment van de moleculaire wolk, de pre-solaire nevel. Deze nevel trok samen onder invloed van de zwaartekracht en ontwikkelde zich tot een draaiende schijf met een steeds dichter en heter wordend centrum, met daaromheen draaiende proto-planetaire ringen. Na 50 miljoen jaar contractie, waren temperatuur, druk en dichtheid in het centrum voldoende voor kernfusie. Dicht rond de jonge hete zon, konden alleen hittebestendige (refractoire) moleculen condenseren, zoals de silicaten en andere metaaloxiden met een hoog smeltpunt. Na samenklonteren tot planetesimalen, groeiden deze vervolgens aan tot de aardse protoplaneten Mercurius, Venus, Aarde en Mars, allemaal draaiend in banen dicht rond de zon. Zo is silicium, op zuurstof na, het meest voorkomende element op aarde en bestaat de aarde voor 60 gewichtsprocent uit het relatief lichte silica, waarvan de hoogste concentratie wordt gevonden in de drijvende buitenste continentale korst.

Vervanging door silica, ook verkiezeling genoemd

Silica molecuul bestaande uit een silicium- en twee zuurstofatomen

SAMENVATTING

De steentijd in Nederland (Deeben et al, 2008) wordt vertegenwoordigd door ijs-, rivier-, zee- en wind-afzettingen (Vos & Kiden, 2008) waarin je vuurstenen artefacten en andere sporen van menselijke aanwezigheid kunt vinden.

INLEIDING

De steentijd van Noord West Europa duurt ongeveer een half miljoen jaar en wordt verdeeld in het Paleo-, Meso- en Neo-lithicum. Stellen we ons deze tijd voor als één dag, dan verschijnt de moderne mens om tien uur s' avonds, laat in het Paleolithicum, en ruilt het nomadische jager-verzamelaars bestaan pas in voor het sedentaire boerenleven, om kwart voor twaalf s' avonds, aan het begin van het Neolithicum.

PALEOLITHICUM

Het Paleolithicum valt in Noord-West Europa samen met de laatste twee ijstijden, gedurende het midden en laat Pleistoceen. De oudste vondsten in Nederland zijn vuurstenen artefacten van Homo sapiens neanderthalensis uit het midden Paleolithicum, ongeveer 300.000 jaar geleden. Gemaakt aan het eind van het relatief warme Holsteinien, werden deze achtergelaten in rivierafzettingen, daarna verplaatst door het ijs en uiteindelijk aangetroffen in stuwwallen van de Drenthe Formatie, behorende tot het voorlaatste, Saalien, ijstijden complex (Niekus & Stapert, 2008).

Ongeveer 300.000 - 250.000 jaar oude, Paleolithische, vuurstenen artefacten, zijn ook aangetroffen in rivierafzettingen van de oer-Maas, voorheen ontsloten in de groeve Belvedère bij Maastricht (Rensink, 2008) en behorende tot de Beegden Formatie, het zuidelijk equivalent van de door de oer-Rijn afgezette Kreftenheye Formatie. Het zijn overblijfselen van kampementen van jagers-verzamelaars langs een meanderende rivier met afzettingen van grind, zand, kalktuf en fossielen van onder meer steppeneushoorns (Warrimont & Groenendijk, 1988), die getuigen van een relatief warme periode tijdens het Saalien ijstijden complex (Kolfschoten, 1993). Verder werd het Paleolithicum voornamelijk gekenmerkt door een koud toendra-landschap met vlechtende rivieren en met landijs dat de noordelijk helft van Nederland bedekte, boven de lijn Haarlem-Nijmegen.

Na het Saalien volgt een korte periode van opwarming en zee-afzetting, het Eemien; waarna het Paleolithicum afgesloten wordt door de laatste ijstijd, het Weichselien, wanneer de moderne Homo sapiens de neanderthalers vervangt en de geologie gekenmerkt wordt door wind-afzettingen, zoals de Löss van Zuid-Limburg, behorende tot de Formatie van Boxtel.

MESOLITHICUM

Na de laatste ijstijd, wanneer het Pleistoceen wordt opgevolgd door het warmere Holoceen, ongeveer tienduizend jaar geleden, begint in Nederland het Mesolithicum. Jagers-verzamelaars leven dan van elanden, edelherten, wilde zwijnen, otters, bevers en visvangst (Lauwerier et al, 2008). Door het smeltend ijs loopt het lagergelegen land onder, ontstaat de Noordzee en uiteindelijk een rivieren en moeraslandschap met een moderne fauna en flora. Permanente bewoning is dan alleen nog mogelijk op strandwallen, (rivier)duinen en hogere Pleistocene gronden in het oosten en zuiden van Nederland.

NEOLITHICUM

Wanneer de cultuur van jagers-verzamelaars plaatsmaakt voor die van boerengemeenschappen, ongeveer zes duizend jaar geleden (Kooijmans, 2009), begint in Nederland het Neolithicum. Naast vuurstenen voorwerpen wordt nu ook aardewerk gebruikt en bevatten (verkoolde) plantenresten niet alleen sporen van hout, noten en knollen, maar ook van geïmporteerde granen (Bakels, 2008). In het midden Neolithicum bouwt men de hunebedden en ontgint de vuursteenmijnen van Valkenburg (Brounen & Ploegaert, 1992) en Rijkholt (Brounen & Peeters, 2001; Geerts, 2013). In het laat-Neolithicum worden grafheuvels aangelegd en deze laatste periode van de steentijd eindigt ongeveer drie en een half duizend jaar geleden, wanneer de Bronstijd begint en metalen- de stenen-voorwerpen vervangen. Nederland heeft dan min of meer de huidige vorm, waarbij uitgebreide veenmoerassen de lagere gronden in het westen bedekken.

Hout kan verstenen door neerslag van mineralen zoals goethiet, francoliet , sideriet , pyriet, calciet en de silica mineralen opaal, chalcedoon en kwarts (Buurman, 1972). De verkiezeling van hout en andere plantenresten kent drie opeenvolgende stadia. Het indringen van silica in holten (permineralisatie), de vervanging van organisch materiaal door silica en de rekristallisatie van de silica.

Silicium hydroxide dringt in het hout omdat het makkelijk bindt met organisch materiaal zoals cellulose, vooral wanneer lignine vergaat (Jefferson, 1987). Daarnaast slaat het neer uit de oplossing in de nabijheid hiervan door veranderde zuurgraad (Balhaus et al., 2012). Deze immobilisatie van silica verlaagt de concentratie in oplossing, zodat er weer ruimte is voor nalevering van nieuwe silica, waardoor het verkiezelingsproces verder gaat.

Snelle, oppervlakkige permineralisatie voor veredeling van hout door obsidiaan-, natrium- en alcohol silicaat is uitgebreid onderzocht in het laboratorium (Balhaus et al., 2012; Götze et al., 2008). Permineralisatie in de natuur kan ook relatief snel verlopen, zoals bij hout waarvan het gewicht in heet, zuur, en silicarijk vulkanisch bronwater, al na enkele jaren verdubbeld door ingedrongen silica (Akahane, 2004).

Het volgende stadium, de (gedeeltelijke) vervanging van organisch materiaal door silica, verloopt veel langzamer. Voor het getrouw bewaren van fijnste celstructuren moeten silica precipitatie en ontbinding van organisch materiaal gelijke tred houden.

De uiteindelijke volledige silicificatie, het stadium van rekristallisatie, de omzetting van opaal, naar opaal-CT, chalcedoon en uiteindelijk kwarts is het langzaamst (Stein, 1982). Opaal-A is zeer ongeordend, nageoeg amorf; opaal-CT is slecht kristallijn, een ongeordende afwisseling van tridymiet en cristobaliet-kristallen; chalcedoon is microkristallijne kwarts, dat gewoonlijk ‘vezelachtig’ is; en kristallijn kwarts met kristallen die gemakkelijk te onderscheiden onder de licht microscoop (Scurfield & Segnit, 1984).

De rol van microbiële activiteit en de verandering van zuurstof-en kooldioxidespanning in het verkiezelingsproces verdient meer aandacht.

Vervanging door kiezelzuur, ook silicificatie genoemd