Ontdekkingstocht door agaat Ben Ockeloen Agaten zijn knoestige knollen, gewoonlijk met een diameter kleiner dan 15 cm, samengesteld uit één of meer varianten van het mineraal kwarts. Kwarts is een samenstelling van de elementen silicium en zuurstof, soms door insluitingen in vele kleuren en vormen voorkomend. Agaten worden gevormd in gesteente waarin zich blazen, scheuren of spleten bevinden, zoals in het vulkanisch gesteente andesiet en in basalt. De agaat, gevormd in scheuren of spleten, wordt aderagaat of nerf-agaat genoemd. Agaten komen óók voor in sedimentgesteenten of afzettingsgesteenten. Ze worden eveneens gevonden als losse stenen nadat ze door verwering van het omringende gesteente zijn vrijgekomen. Omdat agaten hard zijn, is de aantasting door verwering minimaal. Wel verweert de groene huid of verdwijnt deze door schuren of rollen, zoals gebeurt met stenen in de branding van de zee. Karakteristiek voor agaten is de groenkleurige schil, ook wel huid genoemd. Van binnen zijn ze opvallend verschillend met de buitenkant, zoals je kunt zien wanneer je een brok agaathoudend gesteente uithakt. Geschuurde agaten krijgen het uiterlijk van kiezelstenen en zijn daardoor moeilijk te onderscheiden. Je moet geleerd hebben hoe je ze aan hun karakteristieke kenmerken kunt herkennen. Sommige kenmerken herken je pas als je de agaat open zaagt met behulp van een diamantzaag. Een agaat laat zich goed doormidden zagen. Doorgezaagde agaten onthullen dan dat ze niet zijn wat aan de buitenzijde zichtbaar is. Vaak is in de agaat één of meer varianten kwarts aanwezig. In het algemeen is een agaat samengesteld uit chalcedoon (een zeer fijnevezelige vorm van kwarts) of uit één of meer groefkristallijne varianten kwarts, zoals amethist, rookkwarts, gecombineerd met carneool en/of jaspis. Ook komen de mineralen calciet (calcium-carbonaat) en celadoniet (een bleekgroen mineraal behorend tot de chloriet-groep) voor. Het is interessant, zowel voor je verzameling als voor je studie, om de verschillende mineralen waaruit een agaat is samengesteld te leren herkennen. Een zorgvuldige selectie gezaagde en gepolijste agaten laat de varianten van het mineraal kwarts, carneool of jaspis zien. Een agaat wordt gevormd Tijdens een vulkanische eruptie (uitbarsting) wordt materiaal onder hoge druk en temperatuur naar boven geperst. Naarmate de gloeiende massa afkoelt, vormen zich daarin blazen. Sommige van deze blazen zijn gevuld met de elementen silicium en zuurstof. Door de druk en temperatuur zal zich als eerste een laag chalcedoon, soms gevolgd door kwarts, afzetten. Dit proces kan zich voortzetten tot het centrum toe. Dit lijkt een eenvoudige verklaring van het ontstaan van een agaat. Het moet dan ook niet moeilijk zijn zelf een agaat te maken. Helaas, tot op heden is dit niet gelukt. Het geheim van de agaat Agaten worden al duizenden jaren lang verzameld en gebruikt als siersteen. Pas gedurende de afgelopen 200 jaar proberen geleerden en amateurs het geheim van de agaat te onthullen, maar een sluitende verklaring is nog niet gevonden. Geen enkele proef slaagde om het ontstaan te verklaren. Ook de karakteristieke kenmerken van agaten
huid halve chalcedoonring
kwarts
chalcedoonring
oog
oog
chalcedoonlaag Figuur 1. Banden van chalcedoon zijn goed zichtbaar in doorgezaagde agaten, waarvan het centrum is gevormd uit kwarts.
Figuur 3. Sommige agaten laten halve agaten zien, ‘ogenagaat’ genoemd.
zijn niet eenvoudig te reconstrueren met de gebruikelijke mineralogische proeven. Het ontstaan van een agaat blijft tot op heden een geheim. Door voortdurend onderzoek wordt het geheim van de agaat toch echter wel steeds meer onthuld. Een eerste stap werd gezet door M.F. Heddle, die in 1901 de karakteristieke kenmerken van agaat noteerde. Al zijn notities baseerde hij op een groot aantal doorgezaagde agaten. Veel agaten tonen een smalle buitenste laag van chalcedoon, het zogenaamde ‘chalcedoonbed’. Een veelbetekenend aantal agaten toont horizontale parallelle lagen van chalcedoon, meestal in de kleuren wit en zwart, ‘onyx’ genoemd. Soms komt dit verschijnsel ook in de kleuren wit en bruin voor, wat dan ‘sardonyx’ wordt genoemd. chalcedoonring Liesegangring
kwarts
huidschilfer
onyxlagen
Figuur 4. Veel agaten hebben een groene huid; slierten daarvan dringen in de agaat, vooral in de buitenste laag van
onyxlagen
Figuur 5 en 6. De onyxlagen in de agaat zijn soms tot een deel van de agaat begrensd, maar zij kunnen ook de buitenste laag bereiken.
ontsnappingstuit
agaat-ader kloof
Figuur 7. Sommige agaten tonen een structuur alsof materiaal naar buiten is geperst, via een kanaal of een ontsnappingstuit. Zo’n kanaal is te vergelijken met een ballonmodel waaruit de lucht steeds sneller ontsnapt. Dit wordt ‘het uitzetten van de ontsnappingstuit’
Figuur 8. Opvallend voor een ontsnappingstuit (met of zonder verbreding) is de kloof (scheur) in de buitenste chalcedoonlaag. Het zichtbare deel van de kloof staat loodrecht op de ontsnappingstuit en wordt ‘agaatader’ genoemd.
Samenvatting De karakteristieke kenmerken van een agaat zijn: de huid, een buitenste laag van zuiver chalcedoon, agaatogen, chalcedoonlagen, onyxlagen, een centrum van kwarts, de ontsnappingstuit, de kloof en de agaatader. Theorieën over het ontstaan van een agaat De meeste theoretische beschouwingen over agaten starten met de uitleg hoe gasblazen in lavagesteente achterblijven. Vloeibare lava bevat grote hoeveelheden onbestendig gas of stoom. Direct na het uitstoten van de lava zal tijdens het afkoelen hiervan het gas of de stoom snel ontsnappen in de atmosfeer. Soms zal de lava echter in stappen naar de top van de vulkaan worden geperst. De lava koelt af in de vulkaanpijp en het gas of de stoom kan niet snel ontsnappen. In de lava ontstaan blazen die worden vastgehouden. Sommige koude lava zit vol met kleine blazen (holten). Een bron van kiezelzuur, vaak een
kiezelzuurhoudende oplossing, moet aanwezig en in staat zijn de blazen binnen te dringen om deze te vullen. Er bestaat veel verschil van mening over hoe het kiezelzuur een gasblaas binnendringt. Het is dit probleem wat verschillende theorieën oplevert, die soms tegenstrijdig zijn en voldoende leerstof bevatten om over na te denken. De ‘in-en-uit-theorie’ De eerste theoretische verklaring gaat uit van het doordringen van een gasblaas door een verdunde oplossing van kiezelzuur, die tegen de blaaswand in dunne lagen neerslaat. De neergeslagen kiezelzuur zal later kristalliseren als chalcedoon (een cryptokristallijne kwartssoort). Een agaat wordt dus stapsgewijs opgebouwd. Deze opbouw vindt waarschijnlijk afwisselend plaats door het voortdurend binnendringen van kiezelzuur, met daarin oplossingen van diverse mineralen die zich in de chalcedoonlaag mengen. Deze beschouwing kan worden genoemd de ‘in-en-uit-theorie’. De ‘in-en-ordenen-theorie’ De tweede theoretische verklaring gaat ervan uit dat oplossingen aanwezig in de gasblaas niet meer kunnen ontsnappen door de eerder tegen de inwendige blaaswand gevormde lagen. Door kristallisatie bezitten deze lagen een tegengestelde doordringingsrichting. Dit suggereert dat in de blaasruimte de kristallisatie van de binnengedrongen siliciumoplossingen zeer traag moet hebben plaatsgevonden. Mede door bepaalde (unieke) factoren, die het proces van kristallisatie van de siliciumoplossingen bepalen, werd de inwendige holte meer of minder ingedamd. De siliciumoplossingen ondergaan voortdurend veranderingen in hun samenstelling, waardoor in verschillende chemische fases afscheiding plaatsvindt tijdens de diffusie (vermenging tot een homogeen mengsel van ongelijksoortige gasvormige, vloeibare of opgeloste vaste stoffen) als systematisch aangroeiende banden (lagen) van chalcedoon, of van kwarts, of van beide. Deze theorie wordt genoemd de ‘in-en-ordenen-theorie’. Er zijn nogal wat verschillen tussen de ‘in-en-uit-theorie‘ en de ‘ in-en-ordenen-theorie’. Geen van beide blijkt voldoende acceptabel. Vanaf het begin van de 19de eeuw wordt als maatstaf toegepast de theorie van R.E. Liesegang. Deze theorie gaat er vanuit dat de siliciumoplossing ijzerpigmenten (kleurstoffen) uit het gesteente in de agaat meevoert. Een ritmische neerslag van de ijzerpigmenten veroorzaakt in de agaat de bandenstructuur, de Liesegang-ringen genoemd. De pigmenten, zo wordt voorgesteld, belemmeren de kristallisatie van de siliciumoplossing. Een gevormde laag krijgt door deze vertraging de gelegenheid het pigment op te nemen. Een belangrijk punt voor de theorie van Liesegang is zijn microscopisch onderzoek naar de morfologie van agaten (de wetenschappelijke beschrijving en studie van de vormen). Liesegang verklaarde hiermede de verschillen tussen de zogenaamde gewone agaatringen en Liesegang-ringen. Een nauwkeurige beschouwing van alle bruikbare onderzoeksresultaten geeft voldoende gegevens voor een nieuwe theorie. Ook deze theorie kent geen sluitend wetenschappelijk bewijs. De agaat geeft zijn geheimen niet zomaar prijs. De nieuwe theorie Een nieuw gezichtspunt is dat er mogelijk verband bestaat tussen de vorming van agaten met het natuurkundig en scheikundig gedrag van zeer dichte geleiachtig silicaat onder indamming, zoals in blazen waarin zich agaten vormen. Voorlopig is alleen bewijsmateriaal uit experimenteel onderzoek beschikbaar. De nieuwe theorie voor de verklaring van het ontstaan van de zo karakteristieke kenmerken voor een agaat wordt schematisch weergeven in de figuren 9 tot en met 13, en is gebaseerd op de ‘in-en-ordenen-theorie’.
lege gasblaas in lava
Figuur 9. De nieuwe theorie vangt aan met een lege blaas die, om het eenvoudig te houden, wordt voorgesteld als een bol waarvan het oppervlak van de doorsnede wordt weergegeven met een cirkellijn.
bekleding van de gasblaaswand met een groene silicalaag
Figuur 10. De groenachtige grondlaag wordt ‘de hui d’ genoemd.
De blaas wordt doorgaans begrensd door een groenachtige minerale laag, die uit één of meer silicaatmineralen, bijvoorbeeld celadoniet, chloriet en saponiet is samengesteld. Deze laag is het resultaat van het opwellen van binnengedrongen vloeistoffen. Het betreft hier voornamelijk die vloeistoffen die eerst gecomprimeerd naar boven zijn geperst en daarna door het gesteente heen terugkeren. Nadat de vloeistof eerst is gedecomprimeerd, neemt het, door uitlogen, sommige bestanddelen van mineralen op en transporteert het door het gesteente heen. Sommige van deze uitgeloogde mineralen komen terecht in de blazen waar ze neerslaan en uitkristalliseren in een groenachtige grondlaag op de wand. Door de huid heen dringt vervolgens onder hoge druk een colloïdale silicaatoplossing, die de blaas geheel of gedeeltelijk vult (een oplossing waarin een stof, hier de silicaat, in een grovere verdeling voorkomt dan in een normale oplossing). Over de oorsprong van deze oplossing bestaat geen duidelijkheid. De oplossing lijkt niet op één van de eindproducten van vulkanisme waarin bepaalde oplossingen voorkomen. Meer aannemelijk is dat regenwater hier een grote invloed heeft. Door water worden continu gesteentevormende mineralen, inclusief de silicaat, uitgeloogd. huidschilfer
een dikke plastische silica-gelei dringt de gasblaas binnen
Figuur 11. Het gevormde loog, op den duur een zeer dikke plastische gelei, kan in sommige lege blazen naar binnen dringen.
Gedurende het binnendringen van de gelei is er een kans dat stukjes huid afschilferen. Soms voert de gelei een huidschilfer met zich mee. De gelei, een samenstelling van voornamelijk silicaat met soms daarin water en/of insluitingen, blijft in de voor deze stof unieke ruimte gevangen. Door de toenemende traagheid van de geleistroom raakt de gelei in een kristallijne toestand. De kristallijne toestand start met een proces waarin zich de aanwezige stoffen scheiden. Verder in dit proces zullen, door chemische invloeden, de opgeloste vaste stoffen zich vermengen tot een homogeen mengsel dat later een laag vormt. Op deze wijze wordt de blaas, door uitkristallisatie van varianten kwarts, laag voor laag gevuld.
de afzetting van de gelei gaat continu door en de lagen worden duidelijker
beweging en afzetting van de gelei in een vaste stof
Figuur 12 en 13. Elke laag krijgt zijn eigen samenstelling van silicaat, water (niet altijd aanwezig) en/of onzuiverheden, zoals pigmenten van het element ijzer.
lange vezels chalcedoon
bolvormige kristallisering van een zuivere chalcedoonlaag Figuur 14 en 15. De kleurafwijking wordt v e r o o r za a k t door de a a n w e zi g e onzuiverheden die in de agaat zitten
Figuur 16. In veel agaten zijn de ringen, door eventuele krachten die kunnen optreden voorafgaand aan het moment van de dynamisch golvende lijn van een chalcedoonlaag uitkristallisatie, vervormd. Dit is te herkennen aan gemarkeerde onregelmatigheden in de richting van agaatader de ringbaan met mogelijke vorming van ontsnappingstuiten en verbredingen. kloof
verbreding
kwarts ontsnappingstuit
Een smalle rand van zeer dichte gelei kristalliseert als een zuivere chalcedoonlaag langs de wand van de holte, soms in meer lagen gevormd. Deze laag groeit volgens het proces van bolvormige kristallisatie. Tijdens dit proces groeien minuscule naaldvormige vezeltjes van chalcedoon overvloedig in dichte radiaalvormige banden. Elke band is verschillend in vorm. De vorm wordt bepaald door het moment waarop de banden in volume toenemen. De overgebleven agaatvormende substantie zit nu ingesloten in een laag gekristalliseerd chalcedoon. Een hiaat in de ontwikkelingsfase van de agaat zorgt sporadisch voor de opbouw van een halve agaat tegen de binnen wand van de zuivere chalcedoonlaag. Een dergelijke halve agaat wordt ‘oog-agaat’ genoemd. Een oogagaat wordt gevormd door bolvormige kristallisatie en heeft vaak een andere kleur als die van de zuivere chalcedoonlaag. Het afscheiden van waterhoudende en watervrije silicaat binnen de compacte zuivere chalcedoonlaag kan
agaatader kloof verbreding ontsnappingstuit Figuur 17. In sommige agaten waren deze krachten zo hevig dat zich geen ontsnappingsstuiten en verbredingen hebben kunnen vormen. Alleen als in de zuivere chalcedoonlaag op één punt druk ontstaat, dan is het mogelijk dat er een ontsnappingstuit en/of een verdikking wordt gevormd. Zodra dit plaatsvindt, zal er een kleine hoeveelheid van het silicagelei naar buiten worden geperst. Op dat moment ontstaat er een kloof die aan de buitenzijde als een agaatader herkenbaar wordt.
Concentrische zones Vezelachtige chalcedoon, gemengd met fijnkorrelig kwarts, kristalliseert in zeer dunne bolvormige groeilagen die zich uitbreiden vanaf een zuivere chalcedoonlaag naar het midden van de agaat en verdelen de agaat in hoekvormige concentrische zones.
agaatringen
onyx oogagaat
Figuur 18. De groeilagen en hoekvormige concentrische zones worden duidelijk zichtbaar onder een microscoop.
Figuur 19.
De onyxlagen De bovenstaande beschrijving over de vorming van een agaat geeft niet aan hoe de duidelijk zichtbare eenvoudige horizontale lagen, onyx genoemd, zijn gevormd, figuur 19. Onyxlagen zijn waarschijnlijk toe te schrijven aan de zwaartekracht van het bezinksel, bestaande uit nietkristallijne deeltjes silica. De uitkristallisering van deze chalcedoonlagen, vaak gemengd met korrelachtige kwarts, blijkt eerder of later te hebben plaatsgevonden dan de uitkristallisering van de zuivere chalcedoonlagen.
Gekleurde lagen De zichtbare gekleurde lagen in agaten bezitten niet dezelfde systematische opbouw als de groeilagen. Gekleurde lagen, een opvallend verschijnsel voor agaten, zijn toe te schrijven aan verschillen in de verdeling van het pigment. De pigmenten, over het algemeen samengesteld uit ijzerverbindingen zoals ijzeroxide, zijn in hoofdzaak afkomstig uit de onzuiverheden aanwezig in de silicagelei. Opvallend is dat de gekleurde ringen vaak breder zijn dan de groeiringen. Deze brede ringen zijn niet gemarkeerd door verhoogde lagen door kristallisatie in de agaat.
Agaat. Foto: Joke Laarman
