Kleine beekjes, grote gevolgen

Terugschrijdende erosie

Als kind speelde ik graag aan het strand. Het leukst was dat bij laagwater: de zee had zich teruggetrokken, maar het zand was nog nat. Ideaal om ‘waterwerken’ uit te voeren. Bijna altijd stroomde er vanuit plaatselijke ondiepten water naar zee. Het strand was daar net een waterloopkundig laboratorium. Mijn eerste kennismaking met het voortdurend veranderen van de stroming en… terugschrijdende erosie.

Bij laagwater is het Noordzeestrand in tweeën verdeeld: een droog stuk en nabij de zee een nat stuk, met op veel plaatsen parallel aan de kust een zwin, een verdieping achter een iets hoger liggende rug (strandbank), waar het water meebeweegt met het tij. Terwijl het zeeniveau bij afgaand tij op het natte strand verder daalt, stroomt het zeewater tussen de zandkorrels weg en vormt korte ‘riviertjes’ die naar zee of naar het zwin stromen. Doordat hoger op het natte strand het zand nog steeds verzadigd is met water, brokkelen geleidelijk de oevers van die stroompjes af. Dat gebeurt ook aan het begin, bij de ‘bron’. En dit laatste heeft het meeste effect: het riviertje verplaatst zich geleidelijk ‘omhoog’ in de richting van het droge strand en wordt steeds langer. Voor dit haast onopvallende proces van geleidelijk stroomopwaartse verschuiving van het punt waar de stroming begint, is een mooie geologische term bedacht: terugschrijdende erosie. Dit proces voltrekt zich niet alleen op het strand, maar ook hoog in de bergen.

In de bergen

Vooral boven de boomgrens zijn de plekken waar vandaan water omlaag stroomt, goed zichtbaar, aan de kammen van de bergruggen. Die zijn nooit glooiend, altijd hebben ze kleine kloven en scheuren tussen topjes. Deze scheuren worden geleidelijk steeds langer, groter en dieper, want hier begint het regenwater met zijn afbrekende werking. Vanuit die scheuren stroomt het water omlaag naar het dal. En doordat het reliëf steil is, kan het water grote stukken steen en puin mee naar beneden voeren. Er is vanaf de rafelige bergrug dan inmiddels een bergbeek ontstaan en dit proces verlaagt de bergkam op den duur steeds verder. Schijnbaar van bovenaf begint de afbraak van het gebergte, maar eigenlijk wordt de bergrug langs de hele geul aangevallen. Door de grote aanvoer van water lager op de helling, en de grote hoeveelheid stenen in de geulen, is ook lager op hellingen de erosie sterk. Op steile hellingen worden geulen snel dieper doordat grote losse stenen de erosie versterken.

Van hoog naar lager

Hoog in de bergen, waar de hellingen steil zijn, kunnen op die manier erosienissen ontstaan, waarin geulen in het bijna kale gesteente door terugschrijdende erosie steeds hogerop beginnen. Op den duur sluiten ze door zijwaartse erosie op elkaar aan en ontstaat als het ware een amfitheater van bijna kaal gesteente.

Daarbij komt veel puin los op de helling, waardoor de hele bergwand geleidelijk terug wijkt. Deze vormen van erosie werken zeer snel. Bij neerslag neemt de afbraak in zo’n erosienis steeds grootschaliger vormen aan.

Terugschrijdende erosie vindt ook lager plaats, in bijna vlakke kommen of trogdalen met een brede dalbodem waar een rivier doorheen slingert. Een hoge oever van los zand en grind langs een bergrivier die woest stroomt, kan vooral bij regenachtig weer door verzadiging met water ondergraven worden, waarbij grote stukken van die oever in de rivier storten. Als het een heel hoge oever betreft, kan op die manier een hele massa los zand en grind gaan schuiven. Daarin ontstaat dan een reeks steile geulen waarin grote massa’s los materiaal frequent omlaag spoelen.

Op plekken waar het gesteente hard of heel compact is en het niet of moeilijk met water verzadigd raakt, ontstaan watervallen. Daar snijdt het omlaag vallende water, dat altijd stukjes steen meevoert, zich in. Er vormt zich dan een smalle, zeer steile tot verticale geul in het gesteente die zich steeds dieper invreet. Ook dit is een vorm van terugschrijdende erosie.

Waar het water van boven in een veel vlakker gebied terecht komt, ontstaat een grote puinwaaier van meegevoerd gesteente. De waterval zelf ondergaat terugschrijdende erosie en de puinwaaier groeit stroomopwaarts mee. Bij het stadje Ierapetra in het oosten van het eiland Kreta is op die manier een kloof van bijna 1000 meter diep uitgeschuurd en is de aangrenzende slenk opgevuld met puin uit de berg.

Terugschrijdende erosie van enkele centimeters per jaar lijkt niet veel, maar in duizend jaar gaat het om een paar meter en in een miljoen jaar om een kilometer of meer. In ruim tien tot twintig miljoen jaar kan op die manier een hooggebergte voor een groot deel afgebroken worden. Dus in geologisch gezien korte tijd kan een heel gebergte bijna verdwijnen. Al dat afgebroken gesteente komt uiteindelijk in de oceanen terecht.

Ook in tamelijk vlakke, laag gelegen gebieden komt terugschrijdende erosie voor. In een bodem met een geringe helling, zonder bodembedekkende begroeiing, kan bij een flinke regenbui een geul ontstaan, waarvan de bovenkant zich bij iedere volgende regenbui stroomopwaarts verplaatst. Dit heeft een verwoestend effect op akkers in tamelijk droge gebieden, bijvoorbeeld langs de kust van Noord-Afrika waar enorme olijfboomgaarden liggen. Tussen de bomen kunnen al bij geringe helling geulen ontstaan tijdens de korte perioden met hevige neerslag. Door terugschrijdende erosie worden de geulen steeds langer. Op den duur komen wortelstelsels bloot te liggen en wordt zo’n olijfgaard onbruikbaar.

Hetzelfde effect treedt vaak op in grote groeven in vochtiger gebieden, waarin zand en grind gewonnen wordt. Langs de steile hellingen van zo’n groeve kunnen zich nieuwe zijgeulen ontwikkelen. Dat is bijvoorbeeld te zien in de grote zilverzandgroeve in Spaubeek in Zuid-Limburg.

Terugschrijdende erosie ontstaat het gemakkelijkst in losse sedimenten. Die zijn gevoelig voor erosie. Vooral kale akkers op de löss in Zuid-Limburg hebben er last van. Maar je ziet het ook gebeuren op hellingen op de stuwwallen van Midden-Nederland.

Rover Rijn

Terugschrijdende erosie mag dan een tamelijk onbekend proces zijn, de effecten kunnen ingrijpend zijn en zelfs desastreus uitpakken voor de infrastructuur. Terugschrijdende erosie aan de zijkanten van een stuwdam kan de dam ondergraven, waardoor deze instabiel wordt en zelfs kan breken. Dat gebeurde onder andere in 1916 toen de Sweetwater Dam ten zuidoosten van San Diego instortte. Zo’n ramp voorkomen is een belangrijk toepassingsgebied in de geologie.

Terugschrijdende erosie kan ook hele rivierstelsels veranderen. De Rijn en de Maas zijn er voorbeelden van. In ons laagland merken we dat niet, maar de Maas is haar bronrivier vanuit de Vogezen kwijtgeraakt aan de Moezel, die door terugschrijdende erosie bij Nancy een van de bovenlopen van de Maas aantapte. De Maas beschikt sindsdien over veel minder water uit een veel kleinere bronrivier vanaf het Plateau de Langres.

De Rijn is juist een echte rover. Deze rivier had oorspronkelijk haar bron bij Basel, op een veel lager niveau dan waar de Donau stroomde. Maar in de Zwitserse Alpen tapte de Rijn een stelsel van rivieren aan die oorspronkelijk bovenlopen waren van de Donau, namelijk de Vorderrhein, Hinterrhein, Aare en Reuss. De Donau verloor ze als bronrivieren en moest het voortaan stellen met kleine bronriviertjes vanaf een veel geringere hoogte in het Zwarte Woud. En de Rijn is nog niet klaar met haar rooftocht. In de buurt van Schaffhausen, bij het Zuid-Duitse stadje Blumberg, heeft de Wutach, een korte zijrivier van de Rijn, geologisch gezien recentelijk, een bovenloop van de Donau aangetapt (figuur).

Al deze aantappingen zijn door terugschrijdende erosie ontstaan: een krachtige rivier, zoals de Rijn, die in de bovenlopen een groot verval heeft en dus een grote erosieve kracht, tapt gemakkelijk rivieren met een geringer verval aan. De Rijn zal in de toekomst een nog veel groter stroomgebied in Europa krijgen, waardoor de Europese rivierstelsels sterk zullen veranderen.