Geodes zijn glinsterende holten met daarin briljante kristallen en worden vaak gezien als kleinodiën die je gemakkelijk op een boekenplank kunt zetten. Maar enkele van deze natuurverschijnselen zijn zo groot als een vrachtwagen en gevuld met manshoge blokken kristal.
De Pulpí-geode werd in 1999 ontdekt in een zilvermijn in de Spaanse provincie Almería en is een van de grootste ter wereld. Het gaat om een holte van elf kubieke meter, met wanden die bedekt zijn met indrukwekkende gipskristallen van bijna twee meter lengte. Gezien de imposante omvang van deze tempel van doorschijnende mineralen breken wetenschappers zich al geruime tijd het hoofd over de vraag hoe deze geode is ontstaan.
Zoals ze deze maand in het tijdschrift Geology berichten, vermoeden Juan Manuel García-Ruiz van de Universidad de Granada en zijn collega’s dat de geode deels door een oeroude klimaatverandering en door een vorm van chemisch kannibalisme is ontstaan: kleine kristallen die door hun grotere broers werden opgeslokt.
In zijn nieuwe studie gebruikte García-Ruiz ook technologische speurmethoden uit zijn eerdere analyse van een nóg grotere geode, de Grot van de Kristallen. Deze holte in de Mexicaanse Naica-mijn bevat gipskristallen van tien tot vijftien meter lengte. Met behulp van meer onderzoek zullen we een steeds beter inzicht krijgen in het ontstaan van deze kolossale geodes – en dat is belangrijk.
“Voor mij zijn de reuzenkristallen van Naica of de geode van Pulpí als de Egyptische piramiden,” zegt García-Ruiz. Het zijn opmerkelijke monumenten, maar dan bouwwerken van de natuur, die in de loop van honderdduizenden jaren zijn gegroeid en onvervangbaar zijn. Door hun raadsels te ontsluiten zullen we deze geodes volgens hem beter leren waarderen en voor het nageslacht behouden.
Recepten voor geodes
“Er bestaat niet één manier om een geode te vormen,” zegt Gabriela Farfan, een expert in milieumineralogie van het National Museum of Natural History van het Smithsonian Institution die niet bij de nieuwe studie was betrokken. Maar het ontstaan van veel geodes berust op hetzelfde chemische proces.
Een holte in de rotsen (bijvoorbeeld gaten waardoor ooit gassen uit onderaardse magma vrijkwamen of scheuren die door tektonische bewegingen werden veroorzaakt) wordt langzaam opgevuld met hydrothermale vloeistoffen. De in de vloeistoffen opgeloste elementen kunnen dan op de wanden van de holte kristalliseren. Bij stabiele temperaturen en met een ruime voorraad ingrediënten en een flinke dosis tijd kunnen kristallen steeds groter worden.
Gips is daarop geen uitzondering. Dit materiaal bevat vooral calciumsulfaat met meerdere moleculen kristalwater. Calciumsulfaat zonder water wordt anhydriet genoemd. Onder de 58 graden blijft calciumsulfaat in de vorm van gips stabiel en lost anhydriet gemakkelijk op in water, dat zo weer wordt verrijkt met de losse bouwstenen van gips (calcium en sulfaat). Bij een stabiele watertemperatuur kristalliseert het gips tot seleniet.
Gips heeft de bijzondere eigenschap dat het extreem grote kristallen kan voortbrengen, zegt Mike Rogerson, een aardwetenschapper van de University of Hull die niet betrokken was bij het nieuwe onderzoek. In de kristallijne structuur van gips kan veel kristalwater worden opgenomen, waardoor uit een relatief kleine hoeveelheid anhydriet grote kristalstructuren kunnen groeien. Maar dat verschijnsel alleen kan de kolossale kristallen van de Pulpí-geode niet verklaren.
Juiste klimaat voor kristallen
Het anhydriet voor de Pulpí-geode ontstond zo’n 250 miljoen jaar geleden tijdens het Trias, de periode waarin het supercontinent Pangea de aarde beheerste en het tijdperk van de dinosauriërs begon. Moeilijker is vast te stellen op welk tijdstip de gipskristallen begonnen te groeien, omdat ze maar weinig insluitingen bevatten die gedateerd kunnen worden. Maar uit radiometrische datering van een afdeklaag van carbonaat op de kristallen blijkt dat ze niet later dan 60.000 jaar geleden gevormd kunnen zijn. En op basis van het tijdstip van de tektonische vervorming van het omringende gesteente zijn ze niet vroeger dan twee miljoen jaar geleden begonnen te groeien.
Eerst vormden zich mineralen als bariet en celestiet. Maar toen het hydrothermale systeem geleidelijk aan verdween, daalde de temperatuur onder die belangrijke grens van 58 graden en bleef uiteindelijk zeer lange tijd op 20 graden stabiel. Onder zulke perfecte omstandigheden kon het gips op grote schaal kristalliseren.
Een chemische eigenaardigheid die ‘Ostwald-rijping’ wordt genoemd, is vermoedelijk eveneens verantwoordelijk geweest voor de enorme omvang van de kristallen. In de chemische soep waarin de kristallen werden gevormd, losten de kleinere gipskristallen weer op in het grondwater, waar hun bouwstenen werden opgenomen in grotere kristallen, die daardoor steeds verder uitgroeiden.
Tegelijkertijd onderging het onderaardse systeem in de loop van honderdduizenden jaren temperatuurschommelingen, waardoor het grondwater net boven of onder de 20 graden kwam te liggen. In iets warmere perioden losten de kleinere kristallen beter op, terwijl de grotere kristallen juist gedurende iets koudere tijden groeiden. Al met al leidde dit tot een versterkte rijping van de kristallen, zegt García-Ruiz.
De oorzaak van deze minieme temperatuurschommelingen gedurende zulke lange perioden moet volgens het team gezocht worden in natuurlijke opwarmings- en afkoelingscyclussen van de aarde, die berusten op variaties in de baan die de aarde rond de zon volgt.
Tand des tijds
Het traceren van de evolutie van de Pulpí-geode was lastiger dan die van de Grot van de Kristallen in de Naica-mijn, die nog altijd deel uitmaakt van een actief hydrothermaal systeem, zegt García-Ruiz. De Pulpí-kristallen groeien nog altijd, wat het herleiden van hun oorsprong wat eenvoudiger maakt. De hydrothermale activiteit rond de Pulpí-geode is gestopt, waardoor de holte eerder aan een fossiel doet denken.
Misschien om die reden is het verhaal van het ontstaan van de Pulpí-geode allesbehalve kristalhelder.
Uit experimenten waarbij kristallen in het laboratorium werden ‘gekweekt’, bleek dat kleine temperatuurschommelingen – niet de Ostwald-rijping – de belangrijkste factor bij de vorming van reuzenkristallen waren, zegt Farfan. Volgens hem vormden de Pulpí-kristallen zich bij verschillende temperaturen en waren ze aanzienlijk groter dan de kristallen die in het lab werden gekweekt, dus is het lastig om te bepalen of ze onder dezelfde omstandigheden zijn ontstaan.
Rogerson wijst erop dat temperatuurschommelingen als gevolg van klimaatveranderingen misschien niet voldoende waren om het onderaardse milieu rond een geode significant te veranderen. In plaats daarvan denkt hij dat veranderingen in de onderaardse geothermische omgeving zelf hebben geleid tot periodieke verlagingen van de grondwatertemperatuur, waardoor de kristallen een groeispurt doormaakten.
Toch kunnen klimaatveranderingen een rol hebben gespeeld. In warmere en vochtiger perioden zou er meer water door het gesteente sijpelen, wat tot het oplossen van meer anhydriet zou hebben geleid, zegt Rogerson. In koudere en drogere tijden zouden dan grote hoeveelheden gips zijn uitgekristalliseerd.
Rogerson prijst deze poging om de ontstaansgeschiedenis van de Pulpí-geode (of van welke reuzengeode dan ook) te achterhalen. Omdat hun evolutie zeer verschillend kan verlopen, is de wetenschap erachter en ook de informatie daarover niet altijd duidelijk. “Het is bemoedigend als deze geologische beroemdheden op wetenschappelijke wijze worden verklaard,” zegt hij.
Beluister meer informatie over de reuzenkristallen in de Naica-mijn en hun belang voor de astrobiologiede podcast ‘Overheard at National Geographic’.
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
