REGELMATIGE VORMEN IN STEENHOPEN ONTSTAAN DOOR OPVRIEZEN

In gebieden waar vorst en dooi in de bodem elkaar regelmatig afwisselen, kunnen uiteenlopende maar steeds wonderlijke structuren van losse stenen ontstaan, waarvan de onderlinge relatie na meer dan een eeuw onderzoek eindelijk is verklaard. De zogeheten structuurbodems, die bovenin enkele hooggebergten voorkomen maar vooral in Arctische gebieden, kenmerken zich door losse stenen die zich concentreren tot cirkels, doolhof-achtige patronen, veelhoeken, of strepen, en soms tot geïsoleerde steenhopen. De walletjes van de stenen zijn gewoonlijk in de orde van grootte van 1-2 decimeter hoog, en de cirkels (die soms zo veelvuldig zijn dat ze elkaar raken) hebben meestal een doorsnede in de orde van grootte van 1-2 m.

Deze wonderlijke steenconcentraties hebben al vroeg de aandacht getrokken van onderzoekers (veelal geografen), die zich reeds omstreeks een eeuw geleden realiseerden dat afwisselingen van vorst en dooi een rol moeten spelen bij hun ontstaan. Voor elk der structuren werden ook, op basis van dit uitgangspunt, verklaringen opgesteld, maar geen daarvan voldeed echt, en bovendien was er geen enkele verklaring waarom op sommige plaatsen de ene structuur ontstond, en elders een andere. Dat is overigens niet zo erg verwonderlijk, want de verklaring die nu is gepresenteerd (Science, 17 jan) door Mark Kessler en Brad Werner (beiden van het Complex Systems Laboratory van de Universiteit van Californië in San Diego) was tot voor kort onmogelijk te vinden geweest: hij berust op 3-D computerberekeningen die de consequenties voor de posities van oorspronkelijk willekeurig gepositioneerde stenen berekenen van een opeenvolging van honderden afwisselingen van vorst en dooi.

Het mechanisme dat ten grondslag ligt aan de verplaatsing van de stenen is opvriezing. Ook in Nederland zien we 's winters stenen uit de ondergrond omhoog komen, doordat water in de bodem bevriest tot ijs, daarbij uitzet, en zo de bovenliggende stenen omhoog duwt. In arctische gebieden worden in een vochtige ondergrond bovendien ijslenzen gevormd, wat een soortgelijk effect teweeg brengt.

Opvriezing leidt tot twee typen verplaatsingen. Fijnkorrelige grond houdt meer vocht vast dan stenen, zodat er meer ijs gevormd wordt en de stenen opgedrukt worden. Dat opdrukken gebeurt loodrecht op het grondoppervlak, dus op een helling iets schuin naar boven. Bij volgende dooi zakt of valt de steen iets omlaag. Door de voortdurende afwisseling van vorst en dooi worden de stenen zo langzaam dalwaarts verplaatst. Tussen stenen wordt nauwelijks vocht vastgehouden, treedt weinig of geen ijsvorming op en vindt dus nauwelijks opvriezing plaats, zodat de stenen op hun plaats blijven. De van meer kleiige delen `omlaag wandelende' stenen komen zo tenslotte op iets meer dalwaarts gelegen steenconcentraties terecht, waarna (bij gebrek aan een fijnkorrelige ondergrond) nauwelijks verdere opvriezing meer plaatsvindt. Zo ontstaan steeds meer uitgesproken concentraties van stenen met tussenliggende velden zonder stenen (laterale sortering).

Een tweede verplaatsingsproces zorgt ervoor dat de stenen alleen dunne banden kunnen vormen (samenpersing). Doordat steeds meer stenen worden aangevoerd, moeten die banden wel langer worden. De patronen die de stenen daarbij gaan vormen, bleken bij de computersimulatie direct afhankelijk van de helling en van de oorspronkelijke steenconcentratie, almede van de verhouding tussen laterale sortering en samenpersing. Zo ontstaan bijv. steenringen (zie foto) bij zo'n 1000-1400 stenen per vierkante meter op een vrijwel vlak terrein, en golvende lijnen bij een helling van 10-30°.

    • A.J. van Loon