Deze tekst kwam tot stand in samenwerking met L. Dubron, geologe en vriendin
Andara kristallen gelijken enigszins op andere, natuurlijke glasachtige gesteenten, ook aanwezig op Mount Shasta. Om een beeld te krijgen van hoe deze stenen zijn gevormd, kunnen we de vergelijking maken met de vorming van vulkanisch glas en daarbij de dynamiek van vulkanische systemen beschrijven
De dynamische aarde en vulkanisme
De aarde is een dynamisch systeem waarbij de aardkorst is opgebouwd uit twaalf grote en meerdere kleine tektonische platen. Deze tektonische platen drijven als het ware op de viskeuze, maar plastische (vloeibare) buitenste mantel van de aarde (asthenosfeer).
De beweging van de tektonische platen komt tot stand door convectiestromingen in deze mantel van de aarde. Convectiestromen zijn langzame bewegingen van plastisch gesteente in de diepere delen van de aarde, die optreden als gevolg van het temperatuurverschil tussen de metaalrijke aardkern en het aardoppervlak.
Een vulkaan is een opening in de aardkorst waar vloeibaar gesteente, gas en as kan uitkomen. Zodra het vloeibare gesteente (magma) uit de diepere magmakamer aan het aardoppervlak komt, ontsnappen er allerlei gassen uit de magma en wordt het uitgestroomde gesteente lava genoemd. Op dat moment heeft de lava een temperatuur tussen de 650 en 1200 °C. Lava stolt over het algemeen snel en vormt dan het kenmerkend vulkanisch gesteente met veel gasbellen.
Vulkanische gesteenten ontstaan dus bij uitvloeiing of als gevolg van een explosieve uitbarsting van magma aan het aardoppervlak, bij hoge temperaturen en lage druk. Omdat het magma aan het aardoppervlak snel afkoelt, ontstaan zeer fijnkorrelige en poreuze vulkanische gesteenten en in sommige gevallen zelfs glas.
Bij de uitbarsting van een vulkaan treden ook vaak lichte aardschokken op.
Mount Shasta (California)
Westelijke helling van Mount Shasta (foto oostelijk georiënteerd), California. Foto afkomstig van de USGS.
Stratovulkanen zijn opgebouwd uit gestolde lava afgewisseld met lagen pyroklastisch materiaal (zoals as en stenen). Doordat de lava erg stroperig is en snel afkoelt, hoopt het materiaal dat uit de krater komt zich vlakbij de krater op. Na talloze uitbarstingen ontstaat er een hoge berg met steile helling, die sterk gelijkt op een kegel.
Mount Shasta is gelokaliseerd in de ‘Cascade Range’ (Cascades) in Noord-California, een 65 tal km ten zuiden van de grens tussen Oregon en California. Mount Shasta, een zogenaamde slapende stratovulkaan, is één van de grootste en hoogste (4319 m) bergen op het zuidelijke eindpunt van het Cascadegebergte. De meest recente uitbarsting dateert van 1786.
Mount Shasta is oorspronkelijk ontstaan tijdens vier eruptieve episodes uit verschillende kratermonden. Elke uitbarsting produceerde stromen van andesitische (52-53 wt% SiO2) lava, pyroklastisch materiaal (stenen en as) en modderlawines.
De vorming van elke kegel werd gevolgd door meer felsische (Si-rijke) uitbarstingen van dikke (viskeuze) magma en pyroklastische stromen uit de centrale openingen, en door uitbarstingen van magma en lavastromen uit zijkraters op de hellingen van de gevormde vulkanen.
Twee van de centrale krateropeningen op Mount Shasta (de zogenaamde Shastina en Hotlum kegels) werden gevormd tijdens het Holoceen (laatste 10,000 jaar). Holocene erupties kwamen ook voor op Black Butte, een groep van dacitische domes (lavakoepels), op 13 km ten westen van Mount Shasta.
De uitbarsting van deze domes (9500 jaar geleden) veroorzaakte o.a. pyroklastische stromen die zich uitbreidden tot meer dan 10 km ten zuiden en 5 km ten noorden van de lavakoepels.
Vulkanisch glas en Andara
Vulkanisch glas wordt gevormd tijdens snelle afkoeling van vloeibare lava wanneer het in contact komt met de atmosfeer, met water of met koudere gesteentes. Het komt voornamelijk voor als obsidiaan, peksteen of perliet in lava stromen, domes en gangen, en als puimsteen en as in pyroklastische gesteenten.
Obsidiaan is een vulkanisch glas met bijna volledige afwezigheid van zichtbaar grote kristallen in de glasmatrix. M.a.w. een amorfe kristalstructuur, waarbij de atomen dus geen geordende structuur vertonen.
Met het woord ‘kristal’ wordt hier niet de mooie, puntige kwartskristallen in geodes bedoeld. Alle gesteentes bestaan uit een assortiment van verschillende kristallijne mineralen.
Wanneer kristallisatie (kristalvorming) optreedt, worden atomen gerangschikt in een geordend geometrisch patroon dat uniek is voor een specifiek mineraal. Kristalvlakken vormen zich enkel daar waar er genoeg open ruimte is in de gesteentemassa om de natuurlijke geometrische vormen van de kristallen te laten ontwikkelen als vrije vlakken.
Graniet, bijvoorbeeld, is volledig opgebouwd uit vergroeide kristallen van kwarts, veldspaat, mica en andere mineralen. Deze relatief grote mineralen (zichtbaar voor het oog) geven graniet zijn ruwe breukoppervlak.
Net als alle andere glazen, breekt obsidiaan met een karakteristieke conchoïdale breuk. Dit is een gladde, gebogen type breuk die voorkomt als gevolg van het ontbreken van minerale kristallen in het glas. Deze conchoïdale oppervlaktebreuken kunnen zeer scherpe randen vormen en werden bijgevolg gebruikt door de mens voor het maken van werktuigen in het stenen tijdperk.
Denk aan de bekende zwarte pijlpunten.
Om het verschil te begrijpen tussen graniet, ryoliet en obsidiaan, welke allen werden gevormd uit hetzelfde oorspronkelijk gesmolten magma, moeten we kijken naar de vorming:
- Graniet koelt heel traag en kilometers onder het aardoppervlak. Deze trage afkoeling over miljoenen jaren laat de vorming toe van grote minerale kristallen in de traag koelende massa van gesmolten gesteente.
- Ryoliet koelt sneller af en dichter bij het aardoppervlak en bevat kleinere minerale kristallen dan graniet. Wanneer ryolitisch magma het aardoppervlak nadert en er veel druk wegvalt (druk door de diepte), dan verdwijnt het meeste water in dit magma als stoom.
- Wat dan overschiet is een silicarijke, viskeuze (dikke) obsidiaan magma met heel weinig water erin. Dit magma is zo viskeus dat ‘grote’ minerale kristallen zich niet kunnen vormen alvorens het afkoelen van de magma de kristalontwikkeling stopzet en er dus glas gevormd wordt.
Voorbeeld van zwarte obsidiaan (links) en regenboogobsidiaan (rechts).
Sommige obsidiaan is uitgebarsten als een lavastroom aan de oppervlakte.
Deze obsidiaan-lavastromen zijn zo viskeus dat ze heel traag gaan (kan minder dan een paar meter per uur zijn). Obsidiaan van de beste kwaliteit (minste onzuiverheden) vormt zich meestal onder het aardoppervlak nabij kraterpijpen. In dit geval wordt er vloeibare silicarijke magma in gesteentebreuken geduwd en vormen lagen en lenzen van obsidiaan die relatief vrij zijn van stof, as en onzuiverheden.
De verschillende kleuren van obsidiaan hangen af van verschillende factoren. Obsidiaan is meestal zwart of donker groen, maar het kan ook in een bijna transparante kleur voorkomen. De heldere vormen van obsidiaan bevatten weinig of geen opake onzuiverheden of microscopisch kleine kristallen.
Rode en bruine obsidiaan bevat meestal minuscule kristallen of inclusies van ijzer(hydr)oxiden. De aanwezigheid van microscopisch kleine kristallen van magnetiet, hoornblende, pyroxeen, plagioclaas en biotiet samen met kleine stukjes gesteente leidt tot de zwarte versies van obsidiaan.
Microscopisch kleine kristallen van verschillende types veldspaat geven kleuren zoals blauw, groen, paars of brons dat geassocieerd wordt met regenboogobsidiaan.
Obsidiaan bevat altijd een bepaalde hoeveelheid water. Dit water komt als kleine inclusies van waterdamp in het glas vast te zitten. Sommige van deze gasbelletjes zijn zichtbaar voor het blote oog.
Naast de hierboven beschreven vulkanische glasachtige gesteenten, bestaan er ook glazen die gevormd werden door de impact van asteroïden op de aardkorst, soms transparant met heldere kleuren, zoals bv. moldavieten.
De Andara’s vertonen kernmerken die zeer gelijkaardig zijn aan die van vulkanisch glas en obsidiaan.
Ze hebben dezelfde conchoïdale breuk uiterlijk en velen bevatten zichtbaar kleine gasbelletjes in de glasmatrix.
De meeste zijn helder en transparant met weinig tot geen onzuiverheden.
Enkel de grote verscheidenheid aan heldere kleuren in de Andara’s onderscheiden zich van de meerderheid van vulkanische glazen of obsidiaan.
Irridium Black (zwart)
Gold (transparant)
Lemurian Sunrise (rood)
Earth Shaman (bruin)
Elestial Sapphire (blauw)
Olive (groen)