BASALTBLOKKEN ZIJN GEEN KRISTALLEN MAAR EFFICiËNTE BREUKEN

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.