BASALTBLOKKEN ZIJN GEEN KRISTALLEN MAAR EFFICiËNTE BREUKEN

(BRUNO VAN WAYENBURG)

Basaltblokken en -zuilen hebben vaak een grof zeshoekige vorm, wat de

blokken mooi stapelbaar maakt en dus geschikt voor de bekleding van

dijken. Deze vorm danken ze niet aan kristallisatie zoals men op het

eerste gezicht vaak denkt, maar aan het proces van afkoeling en stolling

van de lava waaruit ze ontstaan. Het opvallende honingraatpatroon

ontstaat doordat de optredende krimpspanningen langs deze breuklijnen het

efficiëntst kunnen ontladen, berekenden natuurkundigen van de

universiteit van Michigan en het Centro Atómico Bariloche in Argentinië

(Physical Review E, febr.).

Het gesteente basalt vormt zich als een plak uitgestroomde vloeibare lava

stolt. De afkoeling begint bovenaan de plak. De taaie vloeistof krimpt,

en er springen barsten in het oppervlak om de spanning te verminderen.

Boven in de lava lopen de barsten nog willekeurig. Als de lava verder

afkoelt, planten deze barsten zich sprongsgewijs dieper in het basalt

voort. Daarbij verspringt hun loop steeds een beetje. Hierdoor onstaan de

kenmerkende `beitelsporen' op basaltzuilen: grote facetten op de

zijkanten.

Door de veranderende loop van de barsten wordt het splijtpatroon

efficiënter, stellen de onderzoekers. Het vormen van breuken in een

laagje basalt kost namelijk energie: hoe langer de breuk hoe meer

energie. Het optimale barstenpatroon is daarom een regelmatige stapeling

van zeshoeken, dat de totale breuklengte minimaliseert. Om dezelfde reden

gebruiken bijen een zeshoekig patroon bij het maken van hun honingraten.

Dat scheelt bijenwas in de wanden van de cellen.

De onderzoekers simuleerden op een computer een afkoeling waarbij

aanvankelijk de barsten willekeurig lopen. Bij iedere diepere

gesimuleerde laag konden de barsten zich zo verleggen dat dat een lagere

totale breukenergie opleverde. Na een groot aantal stappen doemde een

grofweg zeshoekig barstenpatroon op, waarin ook vijf-, zeven- en

achthoeken voorkwamen. Het absoluut zuinigste honingraatpatroon wordt dus

niet bereikt, maar het stollingsproces komt daar wel een eind in de

buurt.

Op het eerste gezicht lijken de gesimuleerde patronen behoorlijk op het

bovenaanzicht van de basaltzuilengalerij `The Giant's Causeway' in

Noord-Ierland. Ook de verdeling van de verschillende soorten veelhoeken

en de grootte van de cellen kwamen overeen met die van de natuurlijke

zuilen, een aanwijzing dat het gesimuleerde proces de vorming van basalt

verklaart.

Volgens deze theorie komen de intrigerende tegelpatronen van

basaltzuilengalerijen pas aan het licht nadat de bovenste lagen door

erosie afslijten. De basaltblokken aan de Nederlandse dijken worden

vrijgemaakt uit ondergrondse zuilengalerijen in groeves.

The Giant Causeway in Noord-Ierland.