Calciet, van bouwen tot navigeren

Wie van het mooie landschap van Groot-Brittannië houdt kan er niet om heen. Grote delen van de rotsen in vooral Midden en Zuid-Engeland bestaan uit kalksteen (limestone). De belangrijkste mineralen in dit gesteente zijn calciet, aragoniet en dolomiet. Vooral calciet en dolomiet zul je erg vaak aantreffen. In dit blog wil ik wat dieper ingaan op het mineraal calciet. In mineralenland is dit vaak een ondergewaardeerd mineraal. Enerzijds omdat het zo algemeen is en zo veel voorkomt, anderzijds omdat het een lastig mineraal is waar het gaat om determinatie omdat er ongelooflijk veel verschillende uiterlijke vormen van bekend zijn.

Geologie en chemie
Calciet is dus een zeer veel voorkomend mineraal. Het heet ook wel kalkspaat, is relatief zacht en bestaat voornamelijk uit calciumcarbonaat(CaCO₃), een zout. De naam calciet komt van calcis (calx), Latijn voor kalk. Om precies te zijn is calciet een polymorf van calciumcarbonaat. Het ontstaan van calciet kan op verschillende manieren en is een complex proces, vandaar dat calciet ook in zo veel verschijningsvormen bestaat. Het heeft een trigonaal kristalstelsel en hardheid 3. Sommige soorten calciet kunnen onder UV licht bijzonder mooie kleuren vertonen.
Een veel voorkomende vorm van calciet heet dubbelspaat of IJslandspaat, dit zijn schuine blokjes doorzichtig kristal die als je ze op één getekende lijn legt twee lijnen laat zien. Daarover zo meer.

Calciet is het belangrijkste mineraal in veel sedimentaire gesteentes (afzettingsgesteentes) en is daarom op veel plekken te vinden. Druipsteengrotten bestaan vaak grotendeels uit calciet, net als de afzettingen rondom hete bronnen.
Calciet komt veel voor in combinatie met kwarts, soms is het op het eerste oog zelfs lastig te zien of je met kwarts of calciet te maken hebt. Dan is het zinvol om goed naar de kristalvorm te kijken. Calciet heeft vaak driepuntige kristallen waar kwarts zeshoekige heeft. Hardheid is ook een goed determinatiemiddel, want calciet is relatief zacht en kun je met een mesje vrij gemakkelijk inkrassen waar dat bij bijvoorbeeld kwarts echt niet gaat. Maar calciet is ook het mineraal met de meest beschreven voorkomens. Herkennen is dus niet altijd even makkelijk. Calciet lost makkelijk op in zuur, als je een druppel azijn om calciet legt zal het gaan bruisen. Dit doet kwarts niet. Daarom gebruiken veel mineralenverzamelaars zuren om calciet van kwarts af te krijgen. Calciet is omdat het
niet goed bestand is tegen zuren ook erg gevoelig voor zure regen. In

het geologische verleden heeft water met veel zuren er in er voor gezorgd dat op sommige plekken de calciet uit grote rotspakketten is uitgeloogd waardoor er complete grotten ontstonden. Als er maar genoeg calciet uit het gesteente verweerd wordt het gesteente instabiel en kunnen deze grotten ook weer instorten.
Omgekeerd kan calciet opgelost in water ook weer afgezet worden op gesteente.
Calciet komt veel voor op aarde, vooral als bestanddeel van gesteente. De zeeën in het verleden bevatten in bepaalde periodes veel calciumcarbonaat. Deze calciet (en aragoniet, ook een calciumcarbonaat) zeeën hebben dikke pakketten gesteente

achtergelaten op aarde. Veel schalen van schaaldieren bestaan ook uit calciet en aragoniet, deze hebben in fossiele vorm ook veel achtergelaten in gesteentes. Of een zeedier vooral calciet of vooral aragoniet schalen bouwt heeft onder meer te maken met het zeeniveau en de aanwezigheid van veel of weinig landplanten. Lagere zeespiegel is meer land dus veel landplanten, daardoor meer fotosynthese dus minder CO₂ in de atmosfeer en dus aragoniet skelet en schelpen (zoals tegenwoordig). Een hoge zeespiegel zorgt voor vooral calciet skelet en schelpen. Calciet is ook een mineraal dat je veel vindt in fossielen, bijvoorbeeld in gefossiliseerde schelpen en ammonieten.

 

Gebruik van calciet door de eeuwen heen
Calciet als bestanddeel van kalksteen is tegenwoordig een bouwmateriaal, onder andere gebruikt in cement. Als een afzettingsgesteente zoals kalksteen zeer veel calciumcarbonaat bevat kan het onder de juiste druk en temperatuur omgezet worden in marmer. Marmer was natuurlijk een bijzonder populaire bouwsteen. De bekende Carrara marmer uit Italië bevat relatief veel calciet. Deze marmer is gebruikt voor een aantal van de bekendste gebouwen die Europa kent.

Als geneesmiddel werd het vroeger vermalen en aangemaakt met water om als papje op een aangedane plek te smeren. Alchemisten waren gefascineerd door calciet en meenden hierin een steen te zien die ze kon helpen op hun zoektocht naar het maken van zuiver goud en de steen der wijzen. Volgens de alchemisten moesten de vier elementen uit stenen gehaald kunnen worden, daarbij zagen ze calciet al de water-steen. Dat is niet zo vreemd als je weet dat calciet op kan lossen in water.
De Egyptenaren noemden de calciet die in Egypte gevonden werd ‘alabaster’ (dat is dus niet gelijk aan het Engelse alabaster wat gips betekent) en associeerden de steen met hun godin Bastet. Ze gebruikten calciet graag om allerlei voorwerpen en beelden uit te snijden. Onder meer in de tombe van Toetanchamon is een beeld van Bastet gecarved uit Egyptisch calciet gevonden.

En geloof het of niet… er zijn daadwerkelijk wetenschappers bezig met het ontwikkelen van een heuse onzichtbaarheidsmantel. Drie maal raden welk mineraal ze daarvoor willen gebruiken… juist, calciet! Calciet blijkt namelijk licht te kunnen leiden langs een vast object zodat het voor het oog lijkt alsof het object niet bestaat, niet waarneembaar en dus onzichtbaar is. Want als het object geen lichtbundel ontvangt en het daarom niet terug kan kaatsen is het voor onze ogen onzichtbaar. Dit heeft alles te maken met de polariserende eigenschap van calciet. Daarover lees je hieronder meer, want dat dit mineraal deze eigenschap heeft is al heel lang bekend. Nu niet gelijk naar de winkel rennen om zo’n Harry Potter mantel te bestellen. De onderzoeken zijn gedaan op microscopische schaal, dus voor er echt een levensgroot object onzichtbaar gemaakt kan worden… dat duurt nog wel even (als het er ooit echt komt).

De zonnesteen van de Vikingen
De Vikingen hadden als we de oude verhalen mogen geloven een zonnesteen, sólarsteinn, om ze de weg te wijzen op zee, zelfs als het bewolkt was. Volgens beschrijvingen ging het om een steen die in de richting van de zon gehouden moest worden en dan de precieze stand van de zon weergaf en daarmee de positie op aarde van degene die hem vasthield. Helaas zijn dit geen objectieve zakelijke beschrijvingen, maar allegorische verhalen, symbolieken, zoals Rauðúlfs þáttr. Hoe het precies werkt wordt nergens beschreven. Wel zijn er zonnestenen beschreven in lijsten van onder meer kloosters in Scandinavië. In 2013 is bij Alderney in een wrak van een gezonken 16e eeuws Engels oorlogsschip een blokje ijslandspaat calciet gevonden bij andere navigatiemiddelen. Dit zou er op kunnen wijzen dat zelfs na de Vikingtijd mensen nog gebruik maakten van een calciet of zonnesteen om te navigeren, hier valt iets voor te zeggen, want er zijn plekken op aarde waar een kompas je volledig in de steek laat door verstoord magnetisme. Vertrouwen op de positie van de zon is dan het beste navigatiemiddel.

Wetenschappers hebben zich lange tijd afgevraagd hoe een blokje calciet zo’n goed navigatiemiddel kon zijn. Wat de Vikingen er precies mee deden wist niemand. Moest het omhoog gehouden worden in de richting van de zon? Moest het zonlicht ergens op laten reflecteren? Moest het zonlicht er doorheen schijnen op een ondergrond?

Licht, zowel zonlicht als kunstlicht, is ongepolariseerd. Licht is in feite elektromagnetische straling die zich in golfbewegingen voortbewegen. Ook bestaat licht uit verschillende frequenties, ieder met een eigen golflengte wat uiteindelijk resulteert in een eigen kleurvertaling in onze hersenen. Bij licht dat niet gepolariseerd is gaan de golfbewegingen verschillende kanten op. Als het licht door een filter gaat dat polariseert (denk aan zonnebrillen, beeldschermen van computers, fotofilters) dan valt het licht uiteen in twee gepolariseerde lichtstralen die ieder een golfbeweging hebben die haaks op elkaar staan. Dit noemen we dubbelbreking. Onze atmosfeer polariseert ook een deel van ons zonlicht. Normaal gesproken zie je dit niet, wij zien gewoon de blauwe lucht. Maar een deel van de bevolking kan deze polarisatie met een beetje oefening wel waarnemen. Als je op een heldere dag met je rug naar de zon staat en naar de blauwe lucht kijkt kun je heel vaag een horizontale gele streep zien met wat wazige uiteinden. Soms kun je daarbij ook verticaal een vergelijkbare blauwe streep zien. Dit verschijnsel is de zogenaamde Bundel van Haidinger (Haidinger’s brush). Hetzelfde verschijnsel is soms te zien op het beeldscherm van een pc. Dit is een entoptisch fenomeen. Entoptisch betekent in (ent) het oog (optisch). Hetgeen je ziet is er dus niet echt, maar is een verschijnsel dat in je oog plaatsvindt als gevolg van de lichtbreking en de filtering en receptie van de lichtbundels in je oog.

 

Een andere naam voor calciet is dubbelspaat. Dit komt vanwege de dubbelbreking van licht dat door een recht calcietkristal valt en in twee gepolariseerde lichtstralen uiteenvalt. Leg je zo’n calcietkristal op een getekende lijn op een vel papier zie je door het kristal ineens niet 1 maar 2 lijnen. Zie dit effect op de foto hierboven (foto’s met dank aan B. Ouwehand) Deze eigenschap van calciet zou door de Vikingen gebruikt zijn om de positie van de zon te bepalen, zelfs als het bewolkt is. Met een beetje training kunnen de meeste mensen deze Bundel van Haidinger waarnemen in de lucht. De Vikingen waren hierin hoogstwaarschijnlijk getraind. Als je deze bundel in beeld hebt blijft hij hooguit een paar secondes zichtbaar. Door een op de juiste manier gekanteld calcietkristal (IJslandspaat) voor het oog te houden op de plek waar eerst de Bundel van Haidinger zichtbaar was depolariseert het licht en als het kristal dan weggehaald wordt zie je de bundel opnieuw. Het principe hierachter is het omgekeerde aan de polariserende eigenschap van calciet. Door het calciet in een bepaalde hoek te houden krijg je een omgekeerd effect, in plaats van het licht te polariseren depolariseert het kristal het licht dan juist. Als je de Bundel van Haidinger ziet door de natuurlijke polarisatie van de atmosfeer, vervolgens een gekanteld calcietkristal voor je oog houdt en dan ineens het kristal voor je oog wegneemt zou je het gele deel van de Bundel van Haidinger opnieuw waar kunnen nemen en aan de hand daarvan berekenen waar de zon zich bevindt. Door de steen te gebruiken kun je dus langer dan enkele secondes datgeen wat de positie van de zon verraadt waarnemen. Dit is een vrij betrouwbare methode als de zon niet goed te zien is door sterke bewolking of als de zon net onder de horizon zit. Het moeilijke is dat er heel veel onderzoek is gedaan naar de befaamde zonnesteen van de Vikingen en er al veel theorieën over zijn opgeschreven, maar het keiharde wetenschappelijke bewijs nog altijd ontbreekt. Als je het onderzoek wilt lezen wat voor de theorie heeft gezorgd die ik hier nu beschrijf verwijs ik je naar dit artikel.
Andere genoemde kandidaten voor de zonnesteen zouden toermalijn en cordieriet zijn omdat deze verkleuren naarmate de invalshoek van het zonlicht verandert. Maar ijslandspaat is toch wel de meest logische steen die hiervoor gebruikt zou kunnen zijn.