Aan de oppervlakte in Nederland worden slechts op enkele plaatsen gesteentes aangetroffen, die ter plaatste zijn gevormd, de zgn. plaats- of gebiedseigen gesteentes. Bijna alle stenen die we oprapen zijn afkomstig van andere plaatsen dan waar ze nu liggen. Of het nu grindsteentjes, de hunebed keien, of stenen op akkers of de hei betreffen, meestal zijn ze afkomstig uit de ons omringende landen. Samen met Zuid-Limburg en Oost-Twente vormt Winterswijk een uitzondering in Nederland, omdat hier ook pre-kwartaire plaatseigen gesteentes aan de oppervlakte worden aangetroffen. De Nederlandse, en ook Winterswijkse, plaatseigen gesteentes zijn als afzettingsgesteente gevormd, nl. zandsteen, kleisteen en kalksteen. Ter plaatse gevormde stollings- en omzettingsgesteentes komen hier te lande alleen op grote diepte voor.
Iedereen weet wat er met het begrip gesteente wordt bedoeld. Een geoloog kan enthousiast worden wanneer er een nieuwe weg door bergen en heuvels wordt aangelegd, omdat er dan vaak doorsnedes van versteende aardlagen zichtbaar worden. Maar even goed kunnen er bij het graven door zandduinen of klei prachtige bodemprofielen zichtbaar worden, die geologen even enthousiast kunnen maken. Van de "zachte gesteentes" hebben we er voldoende in het Winterswijkse: De diverse tertiaire klei- en zandafzettingen, de kwartaire dekzanden, riviergrind en keileem, en zelfs de mesozoïsche afzettingen zijn niet altijd versteend. In de volgende beschrijvingen van vondsten ligt de nadruk echter op de versteende plaatseigen gesteentes.
De bontzandsteen is het oudste gesteente, dat bij Winterswijk dagzoomt. De Bontzandsteen kan, afhankelijk van de oude Trias topografie en post-Trias erosie, tot enkele honderden meters dik zijn. Bij Winterswijk ligt het bovenste deel van de Bontzandsteen, behorende tot de Röt formatie, aan het maaiveld. Omdat de bontzandsteen hier aan de oppervlakte onverhard is, is de benaming "steen" wellicht misleidend en valt de ontsluiting niet erg op. Het is met name de rode kleur van de akkers bij grenspaal 780, wanneer recent geploegd, die ons wijst op iets bijzonders. Zelfs bij boringen tot 2m onder het maaiveld is de aangetroffen bontzandsteen niet (meer) versteend. De mineralogische samenstelling van de bontzandsteen, met name klei, kalk en ijzeroxide mineralen, faciliteerden kennelijk een metersdiepe verwering, waardoor het oorspronkelijke gesteente uit elkaar is gevallen.
Foto van een monster van bontzandsteen zoals aangetroffen op een diepte van 1,5 tot 2m beneden het maaiveld nabij grenspaal 780. De kleur van het monster is opvallend donkerrood, veroorzaakt door het ijzeroxide hematiet. Tevens is er kalk tussen de korrels aanwezig. Enkele plukjes grijsgroen fijn korrelig zand zijn in het monster aanwezig. Hoewel op afstand de bontzandsteen op klei lijkt, is hier sprake van een weinig verharde zandsteen.
Microscoopfoto van het monster aan linkerzijde. De kwartskorrels zijn weinig afgerond en matig gesorteerd. In het monster zijn kwartskorrels van minder dan 0,1 tot 5mm grootte en kleine muscovietvlokken aangetroffen (niet zichtbaar op deze foto). Muscoviet is een doorzichtig bladmineraal, dat vroeger voor kachelraampjes werd gebruikt (mica). De samenstelling van het monster wijst op een rivierafzetting in een aride klimaat. De zwarte balk is 1mm. lang.
De Muschelkalk is het gesteente, dat in de Sibelco-groeve wordt gewonnen. De sedimenten, waaruit het gesteente werd gevormd, zijn bezonken en neergeslagen in de Trias periode, zo'n 245 miljoen jaar geleden. De Sibelco-groeve is de mooiste ontsluiting van mesozoïsche gesteentes in het Winterswijkse en zeker een bezoek waard. Voordat de Sibelco-groeve bestond, was al bekend dat mesozoïsche gesteenten dagzomen in het gebied van Winterswijk. O.a. de pionier van de Nederlandse geologie, W. Staring, schreef al in 1860 over kalkgesteente, dat in de Willinkbeek dagzoomt. Mogelijk heeft hij de locatie nooit bezocht, en had hij er alleen maar over gehoord, in ieder geval meende hij dat het gesteente in de Willinkbeek uit de Krijt periode stamde i.p.v. de Trias periode, zoals we nu weten.
De sedimenten van de Muschelkalk zijn ooit in een ondiepe en warme zee gevormd, wellicht zo ondiep dat de zee kon droogvallen door de getijdenwerking. Op een aantal niveau's in de tot 30m hoge ontsluiting van de Sibelco-groeve zijn namelijk pootafdrukken van sauriërs aangetroffen, maar ook afdrukken van kwallen en vissen, en golfribbels. Door de grote hoeveelheid aan gegevens over deze ontsluiting, neemt de Sibelco-groeve een unieke positie in de Nederlandse geologie in. Omdat vanaf 1932 de groeve zoveel betere mogelijkheden ter bestudering van de gesteentes biedt, bestaat nauwelijks wetenschappelijke documentatie over de Muschelkalk ontsluitingen in de Willinkbeek (mij is slechts één chemische analyse bekend, gepubliceerd in 1864, door professor in de chemie JM van Bemmelen). De onderstaande foto's en beschrijvingen zijn van monsters genomen uit de ontsluitingen in de Willinkbeek en Sibelco groeve.
Foto van een plat handstuk met afmetingen 8x6x0,5cm afkomstig uit de Willinkbeek ontsluiting. Het oppervlak ziet er "suikerachtig" uit met ronde korreltjes van minder dan 0,1mm diameter. In dit handstuk zijn geen fossielfragmenten waargenomen. Op basis van macroscopisch uiterlijk kan men zich voorstellen, dat men enige tijd gedacht heeft dat de ontsluitingen in de Bemersbeek (zie Cenomanien kalksteen, hieronder beschreven) en die in de Willinkbeek dezelfde geologische geschiedenis hebben.
Microscoopfoto van een monster uit de Willinkbeek ontsluiting (rode schaal balk linksboven is 1 mm. lang). De foto toont een zeer fijnkorrelige grondmassa van dolomitische (magnesium en calcium houdende) kalksteen. Dit is dezelfde soort steen als waaruit de Noord-Italiaanse bergketen "Dolomieten" bestaat. De vage langgerekte structuur op het midden van de foto is mogelijk een fossiel organisme (spons?).
Foto van plat handstuk (11x7x1cm) uit de bovenste Muschelkalk lagen in de Sibelco-groeve. Het handstuk is, macroscopisch gezien, niet erg verschillend van het handstuk uit de Willinkbeek. De afstand tussen Groeve en Willinkbeek is dermate klein, dat tussen de twee locaties weinig laterale variatie te verwachten is. In de groeve is een Muschelkalkprofiel van ruim 30m ontsloten, waarlangs men verschillende lagen heeft kunnen definiëren.
Detail opname van een monster in de bovenste laag van de Muschelkalk in de Sibelco-groeve. De grondmassa is zeer fijnkorrelig en lijkt op suiker. Dit is een kenmerk van een dolomitische (= magnesium rijke) kalksteen. Het monster is fossielarm. In andere lagen van de Muschelkalk worden wel met regelmaat fossielen aangetroffen. De Muschelkalk heeft een andere microscopische textuur dan de Cenomanien kalksteen uit de Bemersbeek (zie hieronder).
Zand- en kleistenen uit de Vroeg-Krijt Aptien en Albien tijdvakken zijn in een klein aantal ontsluitingen in de Bekeringbeek en Boven Slinge zichtbaar. De enigszins grijsgroene zand- en kleistenen van de twee locaties lijken erg op elkaar, maar bleken bij nadere bestudering in verschillende tijdvakken te zijn ontstaan. De ontsluiting in de Bekeringbeek wordt tot het Albien tijdvak (113 - 100 miljoen jaar oud) gerekend, en aan de ontsluiting in de Boven Slinge wordt op grond van microscopisch onderzoek van de zgn. dinoflagellaten (eencellige organismen) een Aptien ouderdom gegeven (125 - 113 miljoen jaren oud). In de betreffende tijdvakken was het Winterswijkse periodiek bedekt door een kust nabije en ondiepe zee. Het in de stenen aanwezige groene gidsmineraal glauconiet wijst op een ondiepe open zee, terwijl de aanwezigheid van verkoolde houtfragmentjes duidt op aanvoer van geërodeerd materiaal uit een nabij achterland.
Stuk fijnkorrelige zandsteen van 6x5x4cm. uit de Aptien ontsluiting in de Boven Slinge. Het handstuk is erg verweerd en heeft een roestige en zwarte kleur t.g.v. geoxideerde ijzer en mangaan.
In de geologie wordt een afzettingssteen, zoals hier getoond, met een relatief groot gehalte aan niet-kwarts korrels, een grauwacke of "vuile" zandsteen genoemd. De samenstelling van de stenen in de Boven-Slinge ontsluiting wijzen er op, dat tijdens het Aptien tijdvak, de omgeving van Winterswijk werd bedekt door een kust nabije, open en ondiepe zee met tamelijk wat golfwerking.
Microscoopfoto van zaagsnede door een stuk zandsteen uit de Aptien ontsluiting in de Boven Slinge. Linksboven is een schaalbalk van 1 mm. lengte (rode kleur) zichtbaar. De foto toont groene glauconiet korrels in een grondmassa van kwartskorrels verkit met kalk. De zwarte korrels bestaan vermoedelijk uit de mineralen sideriet (ijzercarbonaat) en pyriet (ijzersulfide). Voorts lijken er fragmentjes houtskool aanwezig te zijn. Rechts onder is een enige millimeters groot, kalkhoudend kleiballetje zichtbaar. Vanwege de ruime aanwezigheid van glauconiet wordt dit soort zand ook wel "groenzand" genoemd.
Ontsluitingen van kalksteen uit het Cenomanien tijdvak kunnen we aantreffen bij laag water in de Bemersbeek ten oosten van de brug over de beek in Kotten. De platige kalksteen wordt in Duitsland (Plänerkalk) o.a. aan de randen van het zgn. Bekken van Münster aangetroffen en op diverse plaatsen in het Teutoburgerwoud als grondstof voor bouwmaterialen gewonnen. We weten niet hoe lang de ontsluitingen in de Bemersbeek bekend zijn, maar tijdens aanpassingen van de beek om de afvoer van water te verbeteren, is de aanwezigheid van deze kalksteen zeker opgevallen. De Nederlandse pionier in de geologie, W. Staring, refereerde reeds in 1860 aan kalksteen in de "Kottensche Beek" en scheerde deze over één kam met de kalksteen (Muschelkalk) in de Willinkbeek. We weten nu wel beter: de kalksteen in de Willinkbeek is 150 miljoen jaar ouder dan die in de Bemersbeek (Kottensche Beek)! En toch zo dicht bij elkaar gelegen....... Hoewel de kalksteen in de Bemersbeek wel is onderzocht op mogelijkheden als grondstof voor bouwmaterialen is het (gelukkig) nooit tot winning gekomen.
De kalksteen in de Bemersbeek is gevormd in een uitgestrekte "Krijtzee", die Oost Nederland en het Bekken van Münster tijdens het Cenomanien tijdvak (100 - 94 miljoen jaar geleden) bedekte. In vergelijking tot de voorafgaande tijdvakken Albien en Aptien was de gemiddelde zeespiegel gestegen. In de Bemersbeek treffen we kwarts- en glauconiet rijke mergels (mengsel van kalk en klei) aan afgewisseld met lagen van tamelijk zuivere kalksteen. Een dergelijke afwisseling wijst op zeespiegelschommelingen, waardoor de afstand van het sedimentatiegebied tot de kust varieerde. Nadien is het gesteente geplooid, omdat de oorspronkelijk horizontale gelaagdheid van het gesteente in de beek bijna verticaal wordt aangetroffen. De aanwezigheid in de beekbedding van keien, bestaande uit gangkwarts, duidt op de nabijheid van een grote breuk in het gesteente.
Een platige steen uit de Bemersbeek met afmetingen 20x15x0,5cm. Dit handstuk is geen zuivere kalksteen, maar bevat kwarts- en glauconietkorrels in een kalkrijke grondmassa. Het handstuk bevat veel niet-verkiezelde fragmenten van microfossielen. Zwart gekleurde korrels bestaan vermoedelijk uit het mineraal sideriet (ijzercarbonaat). Dit gesteente is gevormd in een ondiepe zee in de nabijheid van de kust.
De twee foto's zijn van stenen uit dezelfde ontsluiting in de Bemersbeek. Toch zijn de stenen zeer verschillend en wijzen op verschillende afzettingsmilieu's. De sedimenten, waaruit de stenen werden gevormd, zijn dus niet op hetzelfde tijdstip bezonken.
Microscoopfoto (breedte is 5mm.) van een andere steen uit de Bemersbeek ontsluiting. Deze steen bevat minder kwarts en geen glauconiet, en is kalkrijker in vergelijking met de steen op de linker foto. We zien hier, vaak langwerpige, maar ook ronde en gebogen fragmenten van microfossielen (bioclasten). Een dergelijk, door fossiel(fragmenten) gevormd, gesteente wordt wel een packstone genoemd. Het gesteentemateriaal werd afgezet in een warme en voedselrijke, tamelijk ondiepe zee, verder van de kust gelegen dan het gesteente op de linker foto.
Op veel plaatsen rond Winterswijk komen bodemlagen uit de Tertiair periode tot vlak onder het maaiveld voor. Door onder meer menselijke activiteiten is de top van de niet versteende tertiaire lagen dikwijls vermengd met de bovenliggende kwartaire bodemlaag. De bodemlagen uit het Tertiair bestaan voornamelijk uit klei, al dan niet afgewisseld met dunne zandige laagjes. Een enkele meters dikke, watervoerende zandlaag uit de Vroeg-Oligoceen tijd wordt bij Winterswijk vaak aan de basis van het tertiaire lagenpakket aangetroffen (laag van Ratum). Tot voor kort waren tertiare kleilagen uit het Oligoceen tijdvak (ca. 30 miljoen jaar oud) prachtig ontsloten in de kleigroeve "De Vlijt". Deze zgn. Rupel Klei is in een zee afgezet en bevat relatief veel smectiet, een kleimineraal, dat veel water kan opnemen en de klei een hoge mate van plasticiteit geeft. Fossiele schelpen van weekdieren en ééncellige organismen worden regelmatig in de Rupel Klei aangetroffen en hebben geleid tot een onderverdeling van de kleilagen, zodat correlaties met oligocene kleilagen in België en Duitsland mogelijk bleken.
Bij Winterswijk komen ook jongere miocene kleilagen tot dichtbij het maaiveld (hier niet afgebeeld). Deze lagen kunnen zeer rijk aan fossielen zijn en hebben onder paleontologen bekendheid gekregen als o.a. "de laag van Miste".
De foto toont de terrasvormige winning van de Rupel Klei in groeve "De Vlijt". De onderste drie terrassen liggen in de donkergrijze klei, het bovenste terras ligt in de kwartaire bodemlaag, die uit een mengsel van keileem, zand en humus bestaat.
De foto toont een scherpe overgang tussen de pleistocene keileem en de oligocene Rupel Klei. De overgang overbrugt hier een tijdspanne van zo'n 30 miljoen jaren! De keileemlaag (groenig lichtgrijs van kleur) is verstoord t.g.v. vorstwerking (kryoturbatie), dierlijke en plantaardige activiteiten en inspoeling van zand.
De foto toont een wand van ongeveer 2m. hoog bestaande uit Rupel Klei in de kleigroeve "De Vlijt". De klei in de wand blijkt onder droge omstandigheden verrassend hard te zijn.
De foto toont een kluit Rupel Klei van 9cm lengte uit de groeve "De Vlijt". De natte kluit heeft veel water opgezogen en is taai en vettig geworden. De klei is een goede grondstof voor het vormen en bakken van bakstenen en dakpannen. Behalve kleimineralen bevat de kluit relatief veel kwartszand (met korrelgrootte minder dan 0,1mm.), kalk, glauconiet en resten van planten, hetgeen duidt op vorming nabij een kust.
IJzeroer is in onze regio voornamelijk als plaatseigen gesteente ontstaan, maar komt ook wel voor als afgeronde zwerfstenen in afzettingen van Rijn en Maas en bij uitzondering in keileem. IJzeroer is tamelijk zacht en dus zijn zwerfstenen van ijzeroer, die Winterswijk hebben bereikt, slechts over kleine afstanden vervoerd.
IJzeroer is een roestkleurig sedimentair gesteente (afzettingsgesteente) dat is ontstaan door het neerslaan van ijzerverbindingen uit water. Het bevat ijzerhydroxides (meestal de ijzermineralen limoniet en goethiet), vermengd met vnl. zand, silt en klei. De neergeslagen ijzerhydroxides hebben ervoor gezorgd dat de zand-, silt- en kleideeltjes met elkaar verkit raakten. IJzeroer kan uiteenlopende grillige vormen hebben en zelfs uitgestrekte samenhangende platen vormen met een maximale dikte van vijftig centimeter, de zgn. oerbanken.
IJzeroer aangetroffen in onze bodem is ontstaan in de Kwartair periode (2,5 miljoen jaar geleden tot heden). Dit gebeurde vooral tijdens het vochtige klimaat van de warme interglacialen, maar de vorming van ijzeroer vindt nog tot op de dag van vandaag plaats. De droge Winterswijkse dekzanden in combinatie met doorsijpelend ijzerhoudend kwelwater afkomstig uit oude, ijzermineralen bevattende, mesozoïsche en tertiaire bodemlagen en regenwater uit jongere humuslagen, vormen ideale locaties voor het ontstaan van ijzeroer. In dekzand profielen langs de Winterswijkse beken kunnen we bruin gekleurde oerbanken aantreffen.
Naast het gebruik van ijzeroer als bouwmateriaal, is het vooral als ijzererts van economisch belang geweest in Nederland. De productie van ijzer uit ijzeroer beleefde een hoogtepunt in de Middeleeuwen, toen Nederland de grootste producent en exporteur van ijzer in Europa was. Het is aannemelijk (maar niet aangetoond), dat in de 19e eeuw kalksteen, gewonnen in Winterswijk, gebrand werd tot ongebluste kalk (CaO). Ongebluste kalk werd gebruikt om verontreinigingen in ijzeroer, tijdens het productieproces van vloeibaar gietijzer, te binden tot slak. Boven-Krijt kalksteen werd voor dit doel namelijk ook gewonnen in aan aantal groeves tussen Ahaus en Weseke, gelegen in een gebied slechts enkele kilometers verwijderd van de landsgrens. Na 1880, door verbetering van infrastructuur en transportmogelijkheden, werd het efficiënter om hoogwaardiger ijzererts uit het buitenland te importeren, waardoor de kleine plaatselijke ijzergieterijen failliet gingen.
De foto hierboven toont een brok zand- of ijzeroer van 8x5x2cm groot afkomstig uit de Ratumse Beek in het Tenkinkbos. Het brok is ter plaatse ontstaan in de dekzandrug, die de beek doorsnijdt, en is nog niet erg verhard. De bruine kleur is veroorzaakt door ijzerhydroxides, waarschijnlijk de mineralen limoniet en goethiet. De ijzerhydroxides hebben de zandkorrels aan elkaar gekit. De zwarte aanslag is mogelijk gevormd door mangaanoxide, pyrolusiet, dat veel op keien in de Winterswijkse beken wordt aangetroffen.
De foto toont, door ijzerhoudend kwelwater, roestbruin gekleurd slootwater op het Vosseveld. Het kwelwater heeft ijzerverbindingen opgenomen, die o.a. afkomstig zijn uit de nabij gelegen Bontzandsteenlagen uit de Trias periode.
De foto hierboven toont een zone met een roestbruine verkleuring (zgn. gleyzone), in een dekzandwand langs de Ratumse beek in het Tenkinkbos. De verkleuring geeft de schommeling tussen zomer- en wintergrondwaterstand aan, voordat de beek door het zandduin werd gegraven. De verkleuring is veroorzaakt door uit grondwater neergeslagen ijzerhydroxides, uiteindelijk leidend tot de vorming van een met ijzer verkitte zandlaag (oerbank). Onder de bruine verkleuring is het zand blauwgrijs, dit is de zgn. gereduceerde zone waar het gehele jaar grondwater stond. De afgebeelde wand is ca. 2,5m hoog.
De foto hierboven toont een harde steen (7x5x4cm), bestaande uit moerasijzererts. De steen heeft een hoger ijzergehalte dan de steen op de linkerfoto en is aangetroffen op de Kulverheide. Moerasijzererts ontstaat in gebieden met een stagnerende waterafvoer, zoals veen- en moerasgebieden, en op andere plaatsen waar de grondwaterstand hoog is en waar de bodem een hoog ijzergehalte heeft. Dit soort stenen werd als bouwsteen gebruikt en wordt in onze regio, behalve als plaatseigen-, ook als zwerfsteen aangetroffen.