Pegmatiet

Het heeft veel weg van schatzoeken. Zo ervaren veel zwerfsteenliefhebbers het zoeken in een hoop zwerfstenen. Vooral als er iets bijzonders gevonden wordt.

Neem pegmatiet. Zwerfstenen ervan zijn weliswaar niet zeldzaam, maar bijzonder zijn ze wel. De vondst van een mooi, kleurig exemplaar met accessorische mineralen als rode granaat of zwarte toermalijn doet het hart sneller kloppen. Maar wat is pegmatiet eigenlijk voor gesteente?

Pegmatiet met schriftgranietische kwartsvergroeiingen - Zwerfsteen van Groningen

Typisch voorbeeld van een lichtkleurige, grootkorrelige pegmatiet. Slechts kaliveldspaat en lichtgrijze kwarts zijn als mineralen aanwezig. 

Pegmatieten worden op verschillende plaatsen op aarde geëxploiteerd. Ze bevatten zeldzame mineralen. Kaliveldspaat is een belangrijke grondstof voor ceramische producten.

Pegmatiet is een lichtkleurig, grootkorrelig magmatisch gesteente. Het is een felsisch gesteente, hetgeen wil zeggen dat het rijk aan silica is. Kwarts en veldspaat zijn de voornaamste mineralen. Veldspaatkristallen bereiken in zwerfstenen van pegmatiet doorsneden van meerdere centimeters, oplopend tot meer dan 20 centimeter. Vooral op breukvlakken is pegmatiet een opvallend gesteente met sterk spiegelende splijtvlakken van kaliveldspaat.

Net als graniet bestaat pegmatiet in hoofdzaak uit kaliveldspaat en kwarts. Beide mineralen worden vaak vergezeld door zilverkleurige muscoviet of zwarte biotiet. Hoewel de meeste van granietische samenstelling zijn, zijn  ook pegmatieten bekend van syeniet, dioriet en zelfs van gabbro. Deze laatste zijn echter zeldzaam. De oorsprong van de naam is niet eenduidig. Deze zou afgeleid zijn van het Griekse 'pegma of pegmatos', dat zoveel betekent als het ‘vaste’ of ‘bevrorene’.

De Franse mineraloog René Haüy gebruikte in 1801 de naam pegmatiet voor het eerst. Anders dan tegenwoordig, gebruikte hij de naam voor het nauwverwante schriftgraniet. Pegmatiet is een ganggesteente. Het vormt aders, gangen en lenzen met afmetingen van enige tientallen tot honderden meters groot, maar meestal zijn de voorkomens geringer in omvang. Daarnaast vormt pegmatiet onregelmatige, vingervormige stollingslichamen (apofysen) van tientallen meters breedte en honderden meters lengte aan de randen en in het dakgesteente van grote graniet-intrusies (batholieten). De ontstaansdiepte ligt globaal tussen 6 en 8 kilometer.

Karakteristiek aan pegmatiet is de grootte van de kristallen. Er is geen gesteente bekend waarin de grootteverschillen tussen de samenstellende mineralen zo extreem uiteen kunnen lopen. Gemiddeld zijn deze zo’n 5 cm groot. In zwerfstenen is de gemiddelde korrelgrootte geringer (2-6cm). Wat grootte betreft spant kaliveldspaat de kroon. Kristallen van dit mineraal bereiken lengtes van tien meter en meer. In een granietpegmatiet in Arizona USA) heeft men in een dergelijk groot kaliveldspaatkristal een kamer uitgehakt, waar men bij bezoek zijn naam in een register kan achterlaten.

Pegmatiet ontstaat uit zeer mobiele, waterrijke restmagma's. Het is niet duidelijk of we met een vloeistof of met een gasfase te doen hebben. Wellicht is het iets er tussenin. Met noemt dit wel een fluïde. Veel fluïden zijn rijk aan vluchtige stoffen en zeldzame elementen. In pegmatieten komen tal van zeldzame aarden en mineralen voor, deze laatste vaak in grote kristallen en van edelsteenkwaliteit. 

Pegmatiet onder noordelijke zwerfstenen

Zwerfstenen van pegmatiet zijn niet zeldzaam. Bovendien zijn ze door hun vriendelijke kleuren en grofkorreligheid niet moeilijk te herkennen. De meeste zwerfstenen van pegmatiet zijn van handgrootte. De kaliveldspaat hierin is rood, oranje, geelrood tot roomwit. Grotere exemplaren van pegmatiet zijn zeldzaam. Een uitzondering was de vondst van een zwerfblok van een kleine 1 meter doorsnede bij Norg. Het grofkorrelige, licht oranje gesteente bevatte talloze stengelvormige kristallen van zwarte toermalijn (Schorl).

Hoewel niet zeldzaam, is de verspreiding over de noordelijke helft van ons land niet gelijkelijk verdeeld. In gebieden met voornamelijk West-Baltische zwerfstenen, komen die van pegmatiet opvallend veel minder voor, dan in het Hondsrug-gebied in Drenthe en Groningen. Hetzelfde geldt voor schriftgraniet. Dit hangt samen met het herkomstgebied in Scandinavië. West-Baltische zwerfstenen komen vooral uit Midden- en Zuid-Zweden, zuidelijke Oostzee en Denemarken, inclusief het Deense eiland Bornholm. In de vele duizenden vierkante kilometers grote granietgebieden in Zuid-Zweden, inclusief die van Bornholm en omgeving zijn pegmatieten vrijwel afwezig. Daarentegen komen in granietgebieden en omringende gesteenten in Zuidwest-Finland en rond de Aland-eilanden pegmatietgangen veel meer voor. Dit weerspiegelt zich in de aantallen pegmatietzwerfstenen in Oost-Drenthe en Groningen.

Pegmatiet wordt in zwerfsteenkringen ook wel aangeduid als pegmatiet-graniet. Bij zwerfstenen is niet goed uit te maken waar graniet ophoudt en pegmatiet begint. Lang niet alle zwerfstenen van pegmatiet bestaan uit grote tot zeer grote kristallen. Overgangen naar het verwante fijnkorrelige apliet zijn talrijk. Hier komt bij dat pegmatiet uit dezelfde mineralen bestaat als graniet.

Uit zwerfsteenvondsten blijkt dat relatief veel pegmatieten behalve kaliveldspaat en kwarts ook plagioklaas en zwarte biotiet bevatten. Plagioklaas is in sterk wisselende percentages aanwezig. Deze verschillen hebben te maken met de ontstaanswijze van pegmatiet. Pegmatiet-typen met plagioklaas en biotiet zijn vooral afkomstig uit grootkorrelige neosomen in migmatietgneis. Migmatieten zijn ultra-metamorfe gesteenten. De neosomen daarin vormen nieuwvormingen van granietische samenstelling. Ze manifesteren zich als lichtkleurige strepen, banen, lenzen en lagen.

Migmatietgneis met lichtkleurige neosomen - Rognstranda, Zuid-Noorwegen

Het migmatietcomplex bij Rognstranda is tijdens de Zweeds-Noorse gebergtevorming, zo'n 1100 miljoen jaar geleden, ontstaan uit vulkanieten en sedimenten, die zelf nog 400 miljoen jaar ouder zijn.

De lichtkleurige banen en strepen bestaan voornamelijk uit kaliveldspaat en kwarts. De donkere slierten in de brede neosoom zijn resten van het oude gneisgesteente. Ze bestaan voornamelijk uit biotiet, overgebleven nadat uit de gneis beide eerder genoemde mineralen door opsmelting verdwenen zijn. De aanrijking met biotiet maakt ook dat de kleur donkerder is dan de gneis zelf. De slierten worden melanosomen genoemd. Het gebied bij Rognstranda heeft de status van een geopark.

Welke mineralen komen we in pegmatiet tegen?

De mineralogische samenstelling van pegmatiet wordt in hoofdzaak bepaald door kaliveldspaat en kwarts. Zilverwitte muscoviet is lang niet altijd aanwezig. Pegmatiet staat er om bekend, dat in het gesteente bijzondere, accessorische mineralen aanwezig kunnen zijn, soms zoveel dat het loont om deze te exploiteren. Ook de zuiverheid van kaliveldspaat en kwarts is reden dat grote pegmatietvoorkomens geëxploiteerd worden. Kaliveldspaat is een belangrijke grondstof voor allerlei ceramische producten en porselein. Uit pegmatietkwarts laat men in autoclaven grote kristallen groeien, die o.m. tot lenzen verwerkt, in de optische industrie toegepast worden.

’s Werelds grootste kristallen van edelsteenkwaliteit komen ook uit pegmatiet. Toermalijn, beryl en spodumeen, om maar een paar te noemen, komen zelfs uitsluitend in pegmatiet voor, soms in kristalgroottes van 5 tot 7 meter!  Dit laatste hangt samen met de ontstaanswijze van pegmatiet, waarover hieronder meer. De naamgeving voor verschillende typen zwerfsteen-pegmatiet is op accessorische mineralen gebaseerd. Pegmatiet met veel zilverwitte muscoviet noemt men muscoviet-pegmatiet. Daarnaast heb je ook toermalijn-pegmatiet, granaat-pegmatiet, lepidoliet-pegmatiet enz.

Pegmatieten van andere samenstelling

Pegmatieten van andere gesteentesoorten dan graniet zijn veel zeldzamer. Toch zijn ook deze ook onder zwerfstenen vertegenwoordigd. Het bekendst zijn die van syeniet, hoewel ook van dioriet en gabbro pegmatietische typen zijn gevonden.

Syeniet is als gesteente en ook als zwerfsteen, een stuk zeldzamer dan graniet. Voorkomens van syeniet in Scandinavië zijn doorgaans klein van omvang. Dit betekent automatisch dat zwerfstenen van syeniet-pegmatiet bijzonder zeldzaam zijn. De kans om hiervan een zwerfsteen te vinden is het grootst op een van de steenstranden of in zandgroeven in het Limfjord-gebied in het noorden van Jutland in Denemarken. Zwerfstenen uit het Oslo-gebied in Zuid-Noorwegen zijn daar veel te vinden.

Voor mooie voorbeelden en vergelijkingsmonsters van syeniet-pegmatiet moeten we echter naar het bekende Oslo-gebied in Noorwegen zelf. Op verschillende plaatsen in de omgeving van stad Oslo komen syeniet-pegmatieten als vaste rots voor.

Makkelijk te bereiken, is het schiereiland Vesteroya, zuidelijk van Sandefjord. Overal in dit gebied bestaat de vaste rots uit Larvikiet. Bij het plaatsje Voera op Vesteroya komen langs de kust grote en kleinere pockets en lenzen voor van grootkorrelige Larvikiet-pegmatiet. Het gesteente is overwegend bronskleurig grijs. In het gesteente komen veldspaten voor met doorsneden tot meer dan 25cm! Op verschillende plaatsen langs de westkust van Vesteroya zijn op steenstrandjes afgerolde zwerfstenen van syeniet-pegmatiet te vinden. Larvikiet is een grijs tot grijsblauw syenietisch gesteente, dat vooral bekend is door de blauwgrijswit oplichtende veldspaten. Het gesteente wordt om dit lichteffect (= Schiller-effect) in verschillende groeven in het Oslogebied ten behoeve van de natuursteenhandel geëxploiteerd. Larvikiet is om deze reden ook verkozen tot het nationale gesteente van Noorwegen. Opvallend is dat het Schiller-effect in de pegmatietische delen van de larvikiet ontbreekt. In de steengroeven in Tvedalen bij Larvik zijn op storthopen en ook uit afgekeurde losse steenblokken van Larvikiet mooie stukken Larvikiet-pegmatiet te slaan.

Zeldzamer en in mineralogisch opzicht bijzonder zijn pegmatieten van nefelien-syeniet. Dit is een grootkorrelig, onderverzadigd stollingsgesteente, dat ontstond door een tekort aan silica (SiO₂). Bij het kristalliseren van het magma werden eerst normale veldspaten gevormd, maar door een tekort aan silica ontstonden ook veldspaatvervangers. Veldspaatvervangers noemt in de geologie foïden. Nefelien is onder zwerfstenen een bekend soort foïd. Van nefeliensyeniet-pegmatiet kunnen in Tvedalen bij Larvik in makkelijk toegankelijke wegontsluitingen fraaie stukken worden verzameld. Dit is eveneens het geval in een van de vele steengroeven daar. Zwerfstenen van nefeliensyeniet-pegmatiet zijn, hoewel zeldzaam meerdere keren gevonden op de stranden langs de Limfjord in Noord-Denemarken. Ook Tönsbergiet-pegmatiet en Larvikiet-pegmatiet zijn daar opgeraapt.

Hoe ontstaat pegmatiet?

Bij het afkoelen van een gesteentesmelt (magma) kristalliseren mineralen met het hoogste smeltpunt het eerst. Vaak zijn deze door hun ijzergehalte ook het zwaarst, waardoor ze naar de bodem van de magmakamer zinken. Het overblijvende magma wordt als gevolg hiervan gaandeweg rijker aan ‘zure’ (= silicarijke) mineralen.

Bij voortgaande afkoeling kristalliseren steeds meer mineralen, waaronder glimmers, veldspaten en tenslotte ook kwarts. Deze mineralen samen vormen graniet. Pegmatiet ontstaat pas in een laat stadium, als de hoofdmassa van het granietmagma reeds is vast geworden. Wat na kristallisatie overblijft is een gas- en waterrijke restsmelt, die een fluïde genoemd wordt. Deze restsmelt vormt een waterig, exotisch mengsel dat doorgaans arm is aan calcium, ijzer en magnesium, maar rijk aan silicium, kalium en natrium. Ook bevat het veel vluchtige fluor-, chloor- en borium-verbindingen. De aanwezigheid van gasvormig water en vluchtige bestanddelen verlaagt het kristallisatiepunt aanzienlijk. Dit ligt ongeveer bij 450 graden Celsius. Ook de viscositeit is erg laag. Dit gasrijke en dunvloeibare mengsel dringt onder hoge druk buiten het eigenlijke granietlichaam door in spleten en scheuren van het omringende gesteente, waar het vervolgens kristalliseert. In een fluïde die uit gas, vloeistof of een tussenvorm hiervan bestaat, zijn bestanddelen (ionen) mobiel. Bovendien ontstaan er weinig kristalkiemen. Dit maakt dat deze in korte tijd tot (zeer) grote kristallen kunnen uitgroeien. 

Kwartsrijke, witte lens van pegmatiet in amfiboliet - Heglandsodden, Noorwegen

In de omgeving van het Vradal in Zuid-Noorwegen zijn metamorfe gesteenten ontsloten met daarin grote lenzen en gangen van pegmatiet. Ze komen voor in amfiboliet en in gneis. De gesteenten dateren uit de Sveco-Noorse gebergtevorming van 1000-900 miljoen jaar geleden.

Verdieping

Granietisch magma is een gesteentesmelt, een vloeistof dus, waar in sommige gevallen veel water in kan zijn opgelost. Het gehalte aan water in granietmagma kan oplopen tot wel 10 volumeprocent. De hoge temperatuur van het magma maakt dat water uitsluitend in gasvorm aanwezig is. Naast water bevat magma nog tal van andere vluchtige bestandelen, zoals chloor, fluor, borium en kooldioxide. Koelt magma op kilometers diepte in de aardkorst geleidelijk af, dan vormen zich kristallen. Aangezien de meeste kristallen geen water inbouwen, blijft dit in het magma aanwezig, en neemt de concentratie ervan toe naar mate het kristallisatieproces vordert.

In sommige gevallen bereikt de concentratie van de waterige restsmelt dusdanige waarden, dat het zich van het magma afscheidt. Deze processen vinden vooral plaats op het eind van het kristallisatieproces van granietmagma. Het is niet bekend in welke fysische toestand het uitgescheiden en honderden graden hete water verkeerd, temeer daar het extreem rijk is aan allerlei ionen. Een echte vloeistof zal het niet zijn, maar geheel gasvormig lijkt ook niet aannemelijk. Misschien is het iets daartussenin? Voor deze gasrijke vloeistof gebruikt men daarom de uitdrukking 'fluïde'. 

In de dunvloeibare restsmelt kunnen ionen zich veel sneller verplaatsen dan in magma waaruit het graniet kristalliseerde. Hierdoor kunnen kristallen ontstaan van vele meters lengte. Van kaliveldspaat zijn kristallen gevonden van 25 meter en meer. In een ander geval werd in een pegmatiet in South Dakota in de USA een reuzenkristal van spodumeen aangetroffen van ruim 13 meter lang en 1.50 breed.

Pegmatiet met beryl  - Vredefort, Zuid-Afrika

Pegmatieten worden wel kraamkamers van zeldzame mineralen en edelstenen genoemd. In deze pegmatiet steekt een groot groenachtig kristal van beryl.

De grootte van afzonderlijke kristallen in pegmatiet is soms indrukwekkend. Hierboven werd een voorbeeld gegeven van spodumeen. Er zijn echter meer spectaculaire vondsten bekend. Zo vond men in 1868 in Zwitserland in een holte in pegmatiet een rookkwartskristal van maar liefst 135 kilogram! Opzienbarend was ook de vondst van een topaaskristal in de provincie Minas Gerais in Brazilië van 270 kg. In hetzelfde gebied trof men in pegmatiet een slijpwaardig kristal aan van aquamarijn van ruim 110 kg! 

Bij Evje in het bekende Setesdal in Zuid-Noorwegen exploiteert men al sinds mensenheugenis pegmatieten. In het gesteente worden veldspaatkristallen aangetroffen met een gewicht tot 180 ton. Zo groot zijn onze allergrootste zwerfstenen niet eens. Ook in de Verenigde Staten weet men van wanten. Daar vond men in pegmatieten in de staten Maine en Dakota kristallen van beryl – weliswaar niet van edelsteenkwaliteit –die respectievelijk 17.000 en 30.000 kg wogen! 

Pegmatietgroeve bij Evje in het Setesdal in Zuid-Noorwegen

In de omgeving van deze Noorse plaats komen in de vaste rots talloze kleine en grotere pegmatietgangen voor. Het gesteente is doorgaans zeer grootkorrelig en bevat vaak fraaie mineralen. De pegmatietvoorkomens zijn grotendeels uitgemijnd. Men exploiteerde kaliveldspaat en kwarts.  In deze verlaten groeves kunnen nog steeds interessante mineralen en gesteenten gevonden worden. Bij sommige moet men entree betalen.

Op enkele uitzonderingen na ontbreken in pegmatieten in Zweden en Finland deze mineralogische hoogstandjes. Toch, als we op de kleintjes letten, bestaat de kans dat we een zwerfsteen van pegmatiet vinden met heel kleine blauwe toermalijnkristallen. Bij Noordbroek (Gr.) is een paar centimeter groot zwerfsteentje gevonden met indigoliet, een blauwe toermalijnvariëteit. Het is niet onwaarschijnlijk dat deze zwerfsteen afkomstig is van het kleine eiland Utö, zuidoostelijk van Stockholm. In het rotsgesteente daar komen metersdikke pegmatietgangen voor, met daarin kleine rose en blauwe toermalijnkristallen. 

Is pegmatiet altijd een ganggesteente?

Pegmatiet-neosomen in amfiboliet - Evje-Iveland, Zuid-Noorwegen

Deze wegontsluiting is een geologisch monument. Het migmatietgesteente is over een groot oppervlak gezaagd om zo de bijzondere structuur van het metamorfe gesteente te laten zien. De grillig verlopende, lichtkleurige neosomen bestaan uit grof- en grootkorrelige pegmatiet. Het grijze gesteente is amfiboliet, waar de lichtkleurige neosomen in contrasteren. De amfiboliet is het oorspronkelijke gneisgesteente, dat paleosoom genoemd wordt. 

Zoals hierboven al aangeven komt pegmatiet ook voor in grootkorrelige neosomen van migmatietgneis. Het precambrische grondgebergte in Scandinavië bestaat voor een belangrijk deel uit metamorfe gesteenten. Migmatieten maken daar een belangrijk onderdeel van uit. Prachtige voorbeelden hiervan zijn te zien bij Rognstranda, een geopark oostelijk van Bamble in Zuid-Noorwegen. Aan de kust liggen vlakgeschuurde rotsoppervlakken met migmatiet aan het oppervlak, waarin talrijke smalle en brede granietische en pegmatietische neosomen voorkomen. Sommige neosomen bevatten rode granaatkristallen en aggregaten van meer dan 40cm doorsnede. Het migmatietgesteente van Rognstranda is ontstaan tijdens de Zweeds-Noorse gebergtevorming van 1000 miljoen jaar geleden.

Migmatiet-complex met  neosomenin hoornblendfe-gneis bij Rognstranda in Zuid-Noorwegen. 

In de stromatische migmatiet aan de kust bij Rognstranda zijn over een groot oppervlak smalle en brede, maar ook lensvormige grootkorrelige neosomen van pegmatiet ontsloten. Op sommige plaatsen komen in de pegmatiet tot 45cm grote aggregaten voor van rode granaat. 

Op de rechter foto is een lensvormig neosoom zichtbaar, bestaande uit een zeer grootkorrelig type pegmatiet. De grote lichtkleurige vlek in de neosoom is van kaliveldspaat met sterk spiegelende splijtvlakken. De lensvorm is het gevolg van rek ofwel dilatatie, waarbij een neosoom uiteengetrokken wordt tot een soort worstjesstructuur. Dit noemt men boudinage.

Migmatieten komen ook in Zweden en Finland in grote getale en in allerlei verschijningsvormen voor. Het zijn ultrametamorfe gesteenten, die op grote diepte in de ‘wortelzone’ van gebergten, onder hoge druk en bij een sterk verhoogde temperatuur uit andere gesteenten zijn ontstaan. Een migmatiet is een samengesteld gesteente dat uit afwisselende lagen van twee verschillende gesteenten bestaat, namelijk een ouder metamorf gesteente, meestal een biotietgneis, en een jonger stollingsgesteente dat granietisch van samenstelling is. Het metamorfe onderdeel, de gneis, wordt paleosoom genoemd, het deel dat uit een lichter gekleurd granietisch stollingsgesteente bestaat en jonger is, heet neosoom. Pegmatieten in neosomen zijn anders dan die welke rond granietbatholieten zijn ontstaan. Pegmatieten in neosomen worden ook wel pegmatoïde metatekten (opsmeltingsproducten) genoemd. Pegmatiet in migmatietgneis bevat geen zeldzame aarden of andere typische pegmatietmineralen. Migmatiet noemt men daarom ook wel menggneis. Migmatiet komt onder noordelijke zwerfstenen veel voor, en pegmatiet uit neosomen vermoedelijk ook.