Afgelopen augustus heb ik als vakantiebestemming Slowakije bezocht, met haar prachtige groene heuvels, kloven, puntige bergen en bijzondere grotten. Het meest bijzondere van de bestemming tijdens mijn vakantie was de Ochtinska aragoniet grot. Deze grot is één van de drie ontdekte aragoniet grotten in heel de wereld, behoorlijk bijzonder dus. De andere twee grotten bevinden zich in Spanje en de Verenigde Staten. In de kalkheuvels van Slowakije hebben zich meerdere grotten gevormd doordat het kalkgesteente langzaam is opgelost door doorsijpelende regenwater. Hierdoor zijn er holtes in de heuvels gevormd en zijn deze holtes uiteindelijke uitgegroeid tot een netwerk van grotten. In een aantal van deze grotten hebben zich bijzondere fenomenen gevormd. Zo is er een ijsgrot in dit gebied te bezichtigen en zo ook een aragoniet grot. Deze grotten bevinden zich allen in het zo geheten Slowaaks Paradijs, een nationaal natuurgebied midden in Slowakije.
Heb ik je nu nieuwsgierig gemaakt en zou je graag willen weten waar zich deze grot bevindt? Geen zorgen, daar kom ik nu mee! De Ochtinska aragoniet grot bevindt zich in het Slowaakse ertsgebergte, tussen Banská Bystrica en Košice (afbeelding 1). Om precies te zijn 26 km van Rožňava tussen de dorpen Štítnik en Jelšava, op de noordelijke helling van de Hrádok-massief op een hoogte van 657 m. Deze grot is per toeval ontdekt tijdens geologische boorwerkzaamheden op 7 december 1954.
De grot is gevormd in een lens van paleozoïsche Devoon-kristallijne kalksteen, ook wel bekend als marmer, van ongeveer 400 miljoen jaar oud (afbeelding 2). Deze lens is gelegen te midden van niet-karstgesteente, namelijk fyllieten. Fylliet is een metamorf gesteente en bestaat oorspronkelijk, voor de metamorfose, uit schalie. Ook marmer is een metamorf gesteente van kalksteen en is onder invloed van temperatuur, druk of hydrothermale vloeistoffen gerekristalliseerd of gemetamorfoseerd tot marmer. Meestal gebeurt dit op grotere diepte in de aardkorst of de aardmantel.
De holtes en ruimtes in het gesteente van de grot zijn voornamelijk ontstaan doordat langzaam stormend of sijpelend regenwater het gesteente is binnengedrongen door verschillende tektonische breuken in het gesteente. In het gesteente vermengd water met verschillende chemische samenstellingen en met verschillende temperaturen, waardoor de corrosieve activiteit van het water toeneemt en zo het gesteente erodeerd. De mineralen in het omliggende gesteente hebben vermoedelijk de chemische compositie van het doorsijpelende regenwater beïnvloed en hun erosiviteit vergroot.
Het is goed voor te stellen dat zacht kalksteen opgelost wordt door zuur regenwater, maar dat marmer ook opgelost kan worden door water is wonderbaarlijker. Marmer is namelijk door de metamorfose veranderd in een gesteente dat veel dichter en fijnkorreliger is dan kalksteen, waardoor het minder poreus is en daarmee beter bestand tegen oplossen. Eigenlijk lost het marmer zelf nauwelijks op, maar wordt meer gepolijst. Het is het kalksteen eromheen dat oplost en het marmer daartussen blijft redelijk intact. De kalksteenmatrix wordt dus opgelost, waardoor het aangrenzende marmer achterblijft.
Toch zal er iets van oplossing van het marmergesteente plaatsvinden en dit gebeurt als gevolg van het vrijkomen van CO2. De CO2 komt onder andere vrij tijdens de oxidatie van de mineralen sideriet en ankeriet door de interactie met zuurstofrijk regenwater, dat door de bovenliggende gebroken fyllieten de grot in sijpelt. Ik zal later in het verhaal meer vertellen over de mineralen ankeriet en sideriet. Het marmer reageert vervolgens met CO2 waardoor het oplost en holtes kunnen ontstaan in het gesteente. Marmer bestaat namelijk uit calcium en magnesium carbonaat (CaCO3 en MgCO3). In combinatie met water (H2O) en CO2 kan dit gesteente oplossen (CaCO3 + CO2 + H2O à Ca2+ + 2 HCO3- of MgCO3 + H2O + CO2 à Mg(HCO3)2). In de grot zijn twee morfologische vormen van holtes te vinden namelijk spleten en ovale ruimtes. De hoogte van deze ruimtes is in sommige gevallen wel groter dan 30 m.
Nu we weten hoe de holtes in het gesteente zijn ontstaan gaan we terug naar de aragoniet in de grot. Wat is aragoniet eigenlijk? Aragoniet is een polymorf van calciet (calciumcarbonaat). Dit betekent dat deze mineralen dezelfde chemische samenstelling hebben, namelijk CaCO3, maar door verschillen in condities tijdens de vorming van het kristal de kristalstructuur en karakteristieken lichtelijk afwijken. Aragoniet is onstabiel bij een temperatuur boven 385°C en zal dan vervormen naar calciet. De vorming van de aragoniet in de grot is ontstaan onder specifieke hydrochemische en klimaatcondities in een gesloten ondergronds systeem. Aragoniet komt voornamelijk in de grot voor op plaatsen waar water capillair stijgt of zeer langzaam doorsijpelt, evenals boven natte sedimenten die zeer langzaam vocht afgeven. De aragoniet wordt gevormd uit wateroplossingen met een hoog gehalte aan Mg-, Fe- en Mn-ionen onder omstandigheden van een stabiel microklimaat (afbeelding 3).
In de grot zijn wel drie generaties aan aragoniet ontdekt. De oudste generatie bestaat uit melkachtige, doorschijnende niervormige formatie, die zijn gevormd in de plafonddelen van de grotruimtes. Deze formaties hebben een gedateerde ouderdom van 121-138 duizend jaar. Tijdens overstromingen van de grot is de aragoniet deels gerekristalliseerd en op bepaalde plekken gemetamorfoseerd tot calciet. De tweede generatie aragoniet bestaat uit lange naalden en helictieten en hebben een gedateerde ouderdom van 14 duizend jaar (afbeelding 4). Deze vormen cluster- of dendritische formaties (inclusief de zogenaamde anthodiet, ook wel grotbloem genoemd). Een helictiet is een speleothem (een mineraal gevormd in een grot), die tijdens de groei in één of meer fasen van de verticale as verandert. Helictieten hebben een gebogen of hoekige vorm die eruitziet alsof ze zonder zwaartekracht zijn gegroeid. Ze zijn hoogstwaarschijnlijk het resultaat van capillaire krachten die inwerken op kleine waterdruppeltjes, een kracht die op deze schaal vaak sterk genoeg is om de zwaartekracht te trotseren. Helictieten zijn misschien wel de meest delicate grotformaties en zijn daarom voornamelijk in grotten die door toeristen worden bezocht erg zeldzaam. De jongste generatie vormt kleine waaiers met een diameter van 2 tot 4 mm en soms zelfs meer. Naaldachtige aragoniet van de tweede generatie is gevormd onder condities erg vergelijkbaar met de huidige generatie. Het heeft bijna dezelfde isotoop samenstelling in vergelijking met de nieuwgevormde aragoniet van de jongste generatie.
Een ander bijzonder fenomeen dat plaatsvindt in de grot is de vorming van ertsen. Ik zal hieronder proberen toelichten hoe dit in zijn werk gaat. Het marmer is tijdens de hydrothermische ertsmineralisatie van het Hrádok-massief metasomatisch veranderd naar de mineralen ankeriet (calcium-ijzer-magnesium-mangaan-carbonaat; Ca(Fe2+,Mg)(CO3)2; afbeelding 5) en sideriet (ijzer-carbonaat; FeCO3; afbeelding 6). Hydrothermale ertsmineralisatie vindt plaats door de afzetting van mineralen die worden gevormd uit heet water dat door breuken in de aardkorst circuleert en zich in het gesteente ophoopt. Deze mineralen vormen in combinatie met water metaalrijke vloeistoffen, die zich concentreren in het gesteente, die oververzadigd raakt en zo ertsmineralen kan neerslaan. Hopelijk ben je het verhaal nog niet kwijtgeraakt en kunnen we verder met de volgende stap. In dit specifieke geval gaat het om thermisch magnesium-ferro-oplossingen (of ook wel een magnesium-ijzer-oplossingen) in het gesteente, die ervoor hebben gezorgd dat er ertsmineralisatie heeft plaatsgevonden in de vorm van sideriet en ankeriet.
Ik zal nu ingaan op het bijzondere klimaat van de grot, uiterst geschikt voor de groei van de aragoniet. De grot bestaat uit gesloten ondergrondse openingen zonder in verbinding te staan met de lucht van het oppervlak. De luchttemperatuur van de grot ligt tussen 7,2 en 7,8°C en de relatieve luchtvochtigheid ligt tussen 92 en 97%. De grot kan verdeeld worden in twee delen aan de hand van de temperatuur en de luchtvochtigheid. Het voorste gedeelte (waar je binnenkomt wanneer je de grot zou bezoeken) is relatief gezien kouder en vochtiger dan het centrale deel van de grot, waar het warmer en droger is.
De jaarlijkse hoeveelheid neerslag in het gebied rond de grot varieert tussen 780 en 820 mm. Het bos wat boven op de grot groeit, bestaande uit Noorse-sparren en sparbeuken, bepalen het hydrologische regime van het water dat de grot in sijpelt. Naast het bos boven op de grot zijn ook het bestaan van een uitgebreid systeem aan oude mijnen in de omgeving van invloed op het hydrologische regime van de omgeving van de grot. De wateren van de oude mijnen voegen zich samen met de Ochtinský stroom, die de afwatering van de noordwestelijke helling van de Hrádok verzorgd. De hoogste beek is gelegen aan de noordoostelijke zijde van de Kapusta Adit op een hoogte van 613 m boven zeeniveau. Ondergrondse wateren sijpelen door de lenzen van kalksteen, langs de beddingvlaktes aan de noordoostzijde van de Hrádok in de beek van de Banská vallei. Deze liggen soms 100 m lager dan de Ochtinská aragoniet grot.
Na deze uitleg over hoe de grot is ontstaan, de aragoniet groeit en welke klimaatomstandigheden er zijn wil ik nog één ding toelichten, wat het nog bijzonderder maakt dat er in deze grot aragoniet groeit. Aragoniet is namelijk na calciet het meest voorkomende grotmineraal. Aragoniet is onstabiel in zoetwater en keert meestal terug naar calciet, maar het wordt actief afgezet in sommige grotten. De vraag is daarom waarom in de Ochtinska grot voornamelijk aragoniet en niet calciet voorkomt. Onderzoek naar dit aragonietprobleem heeft uitgewezen dat bepaalde chemische remmers de afzetting van calciet remmen en helpen bij de vorming van calciumcarbonaat als aragoniet in plaats van calciet. De zogenaamde chemisch remmers blokkeren fysiek de posities op het calcietkristalrooster die anders zouden uitgroeien tot een groter kristal. Vaak heeft een remmer van calciet geen effect op het aragonietkristalrooster, waardoor de afzetting van aragoniet wordt bevorderd. Verschillende factoren houden verband met de afzetting van aragoniet in plaats van calciet. Zo is er in de Ochtinska grot zeer weinig luchtbeweging en een zeer hoge luchtvochtigheid. Uit het onderzoek wordt geconcludeerd dat de aragoniet wordt afgezet als gevolg van de langzame CO2-uitstoot. Het is daarom erg belangrijk dat er niet te veel bezoekers de grot bezoeken, dit zou de groei van de aragoniet mineralen tegenwerken door het teveel aan CO2 die bezoeker uitademen.
De Ochtinska aragoniet grot is daarom erg bijzonder en zeker de moeite waard om eens te bezoeken! Een enorme aanrader dus!
Referenties
- Atlasobscura.com/places/ochtinska-aragonite-cave
- Bella, P. & Lalkovič, M. Ochtinská aragonite cave. DTP studio GRAFON for the Slovak Caves, 2001.
- Filmcommission.sk/726-en/ochtinska-aragonite-cave/
- Nl.wikipedia.org/wiki/Ankeriet#/media/Bestand:Ank%C3%A9rite_Quartz_P%C3%A9rou.jpg
- Nl.wikipedia.org/wiki/Sideriet#/media/Bestand:SideriteBresil2.jpg
