Veldwerk op Skiathos: de geschiedenis van de stenen

Veldwerk hoort bij geologie. Met een hamer, loep en notitieboekje trekt een geoloog de bergen in. Maar hoe voert een geoloog wetenschappelijk onderzoek uit in het veld? Jasper Hupkes ging voor zijn bachelorscriptie twee weken naar het Griekse eiland Skiathos om dit aan den lijve te ondervinden.

Door een waas van waterdamp worden de eilanden zichtbaar. Een voor een steken ze als scherpe bergen uit de gladde zee. Vanuit het vliegtuig lijken ze onbetekenend: kleine stukjes land in het uitgestrekt blauw. Een van die miniatuur eilandjes is ons doel: Skiathos. Skiathos is onderdeel van de Griekse eilandengroep de Noordelijke Sporaden. De al warme voorjaarszon samen met de ongerepte stranden maken het eiland een geliefde vakantiebestemming voor Noord-Europeanen. Maar ik ben  hier samen met mijn medestudenten en begeleiders niet gekomen voor een vakantie. Wij geologen zijn gekomen om de stenen van het eiland te bestuderen, stenen die ooit tientallen kilometers onder het aardoppervlak zijn geweest. Het uiteindelijke doel is het vertellen van de ontstaansgeschiedenis van Skiathos in de Egeïsche Zee: wat hebben de stenen die we aan het oppervlak zien al meegemaakt en wanneer is dit gebeurd? Deze reconstructie maken door veldwerk te verrichten, het mooiste maar ook moeilijkste onderdeel van geologisch onderzoek.

De eilanden van de Noordelijke Sporaden in de Egeïsche Zee zijn het resultaat van een ware geologische achtbaan. De stenen hebben meerdere cycli ondergaan van begraving naar tientallen kilometers diepte en daarna weer omhoog komen tot aan het aardoppervlak. Deze ‘loopings’ hebben hun sporen achter gelaten in de stenen en het zijn deze sporen die wij geologen gebruiken om de geschiedenis te reconstureren.

Ooit, meer dan 200 miljoen jaar geleden, behoorden de gesteenten waaruit de eilanden van de Noordelijke Sporaden zijn opgebouwd tot een microcontinent Pelagonia genaamd. Resten van Pelagonia strekken zich vandaag de dag verder uit in noordwestelijke richting, dwars door het vasteland van Griekenland tot voorbij de grens met Macedonië. Dit oude continent lag destijds in de Tethys Oceaan, de vele malen grotere voorloper van de Middellandse Zee. Nu bepalen diezelfde stenen de topografie van Skiathos.

Objectieve observaties

Na een abrupte landing op de korte vliegbaan van Skiathos zetten wij onze eerste voet op de vaste grond. Na veel leeswerk over het gesteente van het eiland en haar geologische context ter voorbereiding op onze missie zijn we nu eindelijk op het eiland zelf. Ons voornaamste doel hier is het beschrijven en meten van de gesteenten en haar structuren. Het interpreteren van die data zal terug in Nederland gebeuren. We hebben maar twee weken de tijd op het eiland, twee weken om de stenen te observeren. Gek genoeg zijn observaties een van de lastigste onderdelen in het hele proces van geologisch onderzoek. Men zou zeggen dat observaties objectief zijn, dat iedereen hetzelfde waarneemt, maar dit is niet helemaal waar. Een goede geoloog is getraind om tijd in gesteente te zien. Het vergt theoretische kennis en ervaring in de praktijk om dit te kunnen. Daarnaast is er nog de classificatie van observaties: noemt iedereen dezelfde steen of structuur wel bij dezelfde naam? Om hiervoor te zorgen besteden we de eerste dagen op Skiathos aan het kalibreren van onze observaties. Pas als dit gebeurd is, verdelen wij ons over het eiland om zo efficient mogelijk met de tijd die we op het eiland hebben om te gaan.

Op grote schaal is er al veel bekend over het ontstaan van de Egeïsche Zee, ongeveer 15 miljoen jaar geleden. Analoge experimenten hebben hier een belangrijke rol in gespeeld. In deze experimenten wordt de werkelijkheid op kleine schaal nagebootst. In een bak wordt met zand en klei-achtige materialen de opbouw van de aardkorst en een deel van de mantel na gemaakt. Het bewegen van de muren van de bak over een bepaalde tijd stellen de geologische krachten die werken in de aarde voor. Met dit soort modellen is laten zien hoe de Egeïsche Zee is ontstaan. In een noord-zuidrichting is de aardkorst uitgerekt terwijl tegelijkertijd de beweging van de Anatolische plaat naar het westen voor een oost-west verkorting heeft gezorgd.

Het is lastiger om oudere deformatiefasen analoog te modelleren. Dit komt doordat de jongere fase van deformatie nieuwe structuren vormt over de structuren van ouder fasen heen. Seismische modellen kunnen hierbij helpen. Deze modellen brengen de diepere aarde onder de Egeïsche Zee in kaart. De Afrikaanse plaat, die onder de Euraziatische plaat duikt, is op de seismische beelden nog te volgen tot honderden kilometers diep in de mantel. Samen met een geschatte snelheid waarmee platen zinken, betekent dit dat Afrika al veel langer dan 15 miljoen jaar lang onder Europa aan het duiken is.

Modellen toetsen

Op basis van de informatie die al deze modellen geven zijn al goede conceptuele modellen gemaakt voor de processen die belangrijk zijn geweest voor het ontstaan van de Egeïsche Zee. Maar alle modellen zijn altijd een versimpeling van de werkelijkheid. Daarom is veldwerk in het gebied zelf nodig. Enerzijds om te toetsen of de modellen daadwerkelijk een representatief beeld geven van de werkelijkheid, anderzijds om lokale variaties in gesteente die niet meegenomen kunnen worden in modellen in kaart brengen.

Een groot deel van Skiathos is bedekt met vegetatie. Steile hellingen zijn bedekt met naaldbomen met daartussen dichte struiken. Het is zoeken naar plekken waar het onderliggende gesteente zichtbaar aan het oppervlak ligt. Als we die eenmaal gevonden hebben, begint het observeren. De foto hieronder is een goed voorbeeld.

Eerst is het belangrijk om te bepalen met wat voor soort gesteente te maken hebben. Uit welke verschillende mineralen bestaat het gesteen? Hoe groot zijn deze mineralen? Daarna is de gelaagdheid van belang (zie de gele lijn). Welke kant helt de gelaagdheid op, en met hoeveel graden? Als laatste kijken we naar de structuren. Op de foto hiernaast, net onder de pen, is een zogenoemde sigma-klast te zien (rood omrand). De ‘staarten’ van de klast geven de relatieve bewegingsrichting weer: de bovenkant is ten opzichte van de onderkant naar links bewogen.

Momentopname

De gesteente die we zien zijn een momentopname van een langdurig dynamisch proces. Het is als een still uit een film. Het is een stilstaand beeld en alles wat je ziet in dat beeld is het gevolg van de beweging die eraan vooraf ging. Door zoveel mogelijk observaties te maken voegen we informatie toe aan dat beeld, verhogen we de resolutie van de still en kan je met meer zekerheid uitspraken doen over alles wat vooraf gegaan is aan die momentopname. En zo kunnen we de geologische geschiedenis van Skiathos in de Egeïsche Zee reconstrueren.

Na twee weken werken op het eiland sta ik op de laatste avond op het balkon van ons appartement dat bedoeld is voor zonvakanties, uitkijkend over de zee. Daar in de verte, onder water, onder de bodem van de zee, spelen zich op dit moment dezelfde processen af als de processen die de gesteente die ik de laatste dagen zo intensief heb bestudeerd ooit hebben ondergaan. In de stenen die mijn mensenleven lang het eiland Skiathos zullen vormen heb ik een geschiedenis gezien die miljoenen en miljoenen jaren beslaat. Die ogenschijnlijke paradox is de magie van het geologisch veldwerk.