In de duinen ligt een geologisch archief onder je voeten

Geologie Met zand zijn eeuwenoude stormvloeden te dateren: de korrels meten tijd als traag tikkende stopwatches.

Nederland, Castricum, 21-10-2011. Duingebied bij Castricum aan Zee. Foto`s nav een artikel over de luminescentiedatering van grondlagen (niet de lagen op foto) in de duinen waaruit stormvloeden te herleiden zijn, uitgevoerd door Dr. Jakob Wallinga. Foto: Olivier Middendorp

Ja, hij kan nog met zijn kinderen naar het strand. Met emmertjes en schepjes. Maar al het zand daar onbevooroordeeld bekijken, dat lukt niet meer. “Dan schiet me toch ineens te binnen dat ik dit of dat eens zou kunnen bestuderen”, zegt Jakob Wallinga, terwijl de herfstwind fijne korreltjes over het strand bij Heemskerk blaast.

Zand is Wallinga’s onderzoeksobject. Hij is directeur van het Nederlands Centrum voor Luminescentiedatering aan de TU Delft. Behalve hijzelf werken bij dat kleine centrum nog twee analisten, twee postdocs en een promovendus.

En inderdaad, zand is er voor hen in overvloed. De grote rivieren voeren het al miljoenen jaren naar Nederland, een afvoerputje van Europa. Water en wind stapelden en stapelen die fijngeslepen korreltjes veldspaat en kwarts telkens laag op laag. Tja, denkt dan de leek, dat is veel zand.

Maar Wallinga denkt verder. Hij loopt omhoog en wijst op de patronen die regen en wind in een half ingestorte duinpan hebben geslepen. Hij gaat voor naar een fragiele doorgang tussen twee duintoppen waar donkere zandpilaartjes staan, bestoven met droge, lichte korrels. Hij gebaart en wijst: kijk, de duinen ‘leven’.

Wallinga kan die dynamiek in het zand blootleggen – tot in een grijs verleden. “Er ligt onder onze voeten een geologisch archief”, zegt hij. “Met informatie van honderden en zelfs duizenden jaren geleden.” En met luminescentietechnieken, zoals uit zijn instituut, valt dat archief te ontsluiten, zegt hij.

In het vakblad Geology (november, 2011) geeft Wallinga daar met collega’s van TNO, Deltares en zijn eigen centrum een voorbeeld van. Het is ontleend aan deze kust tussen Egmond en Heemskerk. Preciezer: aan deze strook van ongeveer een kilometer lengte waar in 2007 een heel stuk duin werd weg geslagen.

Door ophoging en herstel is dat nu amper nog te zien. De duinen liggen langs een rechte lijn. Hoog rijzen ze op uit het strand. “Het lijkt meer een dijk”, wijst Wallinga. Rietschermen en stevig helmgras bevorderen de aangroei ervan, die lokaal tot meters per jaar kan oplopen. In weinig lijken ze nog op de duinen van vroeger die wandelden met de wind en waaraan de golven likten.

Met duim en wijsvinger schat Wallinga intussen de afstanden op een opwaaiende kopie van een oude landkaart. “Tweehonderd meter, ruwweg.” Zo’n brede duinstrook werd hier tussen 1660 en 1860 door de zee verzwolgen. Een meter per jaar. Gemiddeld, want het water nam soms grote happen ineens. Bij de storm van 1741 verdween zo de toren van de Agnietkerk in Egmond aan Zee in de golven.

Nadat de voorste duinenrij in 2007 deels was weggeslagen, werden ineens weer die oude zandlagen zichtbaar, die zulke stormvloeden hadden achtergelaten. Experts konden ze zelfs met het blote oog traceren.

Stopwatch

Een schelpenlaag kan bijvoorbeeld veelzeggend zijn. Schelpen die door de wind op hun rug zijn gedraaid, worden door het zeewater weer opgetild, zegt Wallinga. Maar als de golven ze met hun rug naar boven hebben neergelegd, dan blijven ze daarna liggen omdat water er dan soepel overheen spoelt.

Zulke schelpenlagen doken ook op in het afgeslagen duin. Tastend met radargolven stelde TNO vast dat één van die lagen zich zelfs tot een kilometer landinwaarts voortzette. Maar wanneer de schelpen daar precies waren beland, was niet met zekerheid te zeggen. De brokken baksteen ertussen zouden uit die oude kerktoren van Egmond kunnen komen. Maar dat hóefde niet.

“De schelpen dateren met standaard koolstof-14-dateringstechnieken hielp niet”, zegt Wallinga. “Want je weet niet hoe lang die schelpen éérder al op de zeebodem lagen.” Maar de luminescentiemethode werkte wél. Die gebruikt de zandkorrels zelf als trage stopwatches.

Het idee is simpel. Natuurlijke radioactieve achtergrondstraling uit de bodem richt in zandkristalletjes lichte schade aan. Maar: een klein beetje zonlicht is al genoeg om zulke schade te herstellen. Nadat het zand door het wassende water was opgewoeld en weer neer gesmeten, stonden de ‘stopwatches’ dus op nul – het zand was schadevrij. Door nu te meten hoeveel schade de zandkorrels sindsdien opliepen, bepaalden Wallinga en collega’s hoe lang de korrels tussen de schelpen hadden gelegen, steeds dieper verstopt onder vers nieuw zand. [Voor details, zie kader].

Dat klinkt elegant. “Maar deze ‘natuurlijke’ stopwatches hebben allerlei tekortkomingen”, waarschuwt Wallinga. “Ze zijn moeilijk af te lezen. En als de omstandigheden in de bodem veranderen, lopen ze sneller of langzamer schade op - gaan ze sneller of langzamer tikken.”

Het vereiste dus raffinement om de methode bruikbaar te maken. Wallinga: “Ik had het geluk dat de methode net tijdens mijn promotieonderzoek volwassen werd.” Met steun van TNO, de TU Delft, NWO en de faculteiten aardwetenschappen trok hij daarna zijn centrum vlot.

Wat leert de datering? Heel direct: dat de hoge schelpenlaag rond 1780 is neergelegd. Dat moet dan tijdens één van de twee grote, historisch gedocumenteerde stormvloeden uit 1775 en 1776 zijn geweest. De golven kolkten toen dus tot 6,5 meter boven NAP (de maximale hoogte van de schelpenlaag) door de duinen.

En verder? Wallinga: “Stormvloeden zijn zeldzaam. Dat maakt het lastig om te bepalen, welke omstandigheden de kans erop vergroten of verkleinen. Hoe meer kennis je over deze extreme gebeurtenissen verzamelt, hoe beter je die kansen toch kunt inschatten met modellen. Onze informatie is daarom relevant voor mensen die zich met kustbescherming bezighouden.”

En hoog op de duinen pakt Wallinga er een grafiek bij die de kans op stormvloeden van bepaalde sterktes weergeeft. Kijk, wijst hij, dankzij dit archief in de duinen kun je straks de lijn naar nòg zwaardere en zeldzamere stormvloeden weer beter trekken.