Na een duik in zee en een wandeling over het strand, verdampt het water op je lichaam door de warme zon. Er blijft een witte waas achter op je huid. Wanneer je aan je vinger likt, proef je het zout.

Hoe Steenzout Ontstaat

Tussen de 300 en 200 miljoen jaar geleden gebeurde in Nederland iets vergelijkbaars: het klimaat was warm en droog en in de ondiepe zee die Nederland bedekte verdampten miljarden liters water. Het daarin opgeloste zout bleef achter als steenzout. Dikke pakketten hiervan liggen nu kilometers diep onder Nederland.

Door de unieke eigenschappen is het oorspronkelijk in lagen afgezette zout vervormd tot ware zoutbergen in de Nederlandse ondergrond. Steenzout is een indampingsgesteente, ook wel evaporiet genoemd (evaporatie = verdamping). Het wordt door de geoloog haliet genoemd, door de scheikundige natriumchloride (NaCl).

Indampingsgesteenten en Zoutmeren

Nadat water verdampt is, blijven de daarin opgeloste stoffen zoals zout achter. Ter hoogte van Nederland lag tijdens het Perm en tijdens een gedeelte van het Trias een binnenzee en er heerste een warm en erg droog klimaat. Hierdoor verdampte er veel water. Het in het water opgeloste zout bleef achter en door herhaaldelijk instromen van nieuw zeewater dat verdampte, ontstonden dikke zoutpakketten.

Behalve uit zeewater kunnen indampingsgesteenten ook ontstaan door verdamping van (zoet) rivierwater, zoals ook nu nog te zien is in zoutmeren in Noord-Afrika, het Midden-Oosten en Noord-Amerika. De samenstelling van de afgezette zouten verschilt echter sterk door de variatie in de opgeloste stoffen. In Nederland bevonden zich zoutmeren tijdens het Laat-Perm en Laat-Trias.

Het Neerslaan van Zouten

Wanneer deze een bepaalde waarde overschrijdt, kunnen de zouten niet meer in oplossing blijven en vormen zich zoutkristallen, die naar de bodem zakken en daar opstapelen. Dit proces noemen we neerslaan.

Er zijn verschillende soorten zout. Steenzout (haliet) is er daar één van, gips is een ander voorbeeld. Gips is slechter oplosbaar dan haliet. Hierdoor zal het bij een lagere zoutconcentratie al kristallen vormen en neerslaan: dit gebeurt wanneer ongeveer 70% van al het zeewater is verdampt. Steenzout is beter oplosbaar en zal dus langer in oplossing blijven: pas als 90 % van het zeewater verdampt is zal het neerslaan.

Wanneer de zoutconcentratie door verdamping van water toeneemt, zullen dus eerst de moeilijk oplosbare zouten neerslaan en daarna pas de beter oplosbare. Wanneer de zoutconcentratie in het water weer afneemt, door bijvoorbeeld toevoer van zoet water, wordt de indampingsreeks onderbroken. De reeks kan dan in omgekeerde volgorde verlopen en eerder afgezette zouten kunnen weer oplossen. Bij een grote toevoer van zeewater kan de indampingscyclus zelfs weer helemaal opnieuw beginnen. Hierdoor ontstaan er verschillende cycli die in de afzettingen te herkennen zijn. In Nederland zijn er in de Zechstein (Laat-Perm) vier of vijf van deze cycli aangetoond.

Zouten kunnen maar in beperkte mate in water oplossen. Vergelijk het met oplossen van suiker in je thee: als je er te veel suiker in doet dan blijft er suiker in je kopje achter. Bij het verdampen van water gebeurt in principe hetzelfde. Er wordt dan alleen geen zout toegevoegd, maar water weggehaald (verdampt), waardoor de concentratie zout hoger wordt.

Voorwaarden voor het Neerslaan van Steenzout

Voor het neerslaan van steenzout is een zoutconcentratie van 90 % nodig. Verder zijn de volgende omstandigheden van belang:

  • Er moet een woestijnklimaat heersen. Het moet warm en droog genoeg zijn om voldoende water te kunnen verdampen.
  • De zee moet enigszins afgesloten zijn van open zee.
  • Er moet daarentegen wel een kleine verbinding zijn met open zee. Dit zorgt ervoor dat er toch zoutwater aangevoerd wordt. Door het neerslaan van zout in de binnenzee wordt de concentratie zout in het water weer lager. De vorming van steenzout zou ophouden wanneer er geen nieuwe aanvoer is.
  • Er moet weinig aanvoer van zoetwater zijn. Hoe meer zoetwater aangevoerd wordt, hoe lager de concentratie zout.

Bij een combinatie van een woestijnklimaat (verdamping) en een ondiepe zee, waar weinig rivieren in uitmonden en die in beperkt contact staat met een oceaan, kan de zoutconcentratie toenemen en kan steenzout gevormd worden. Stel de hoeveelheid zout water, zoet water en de verdamping in, zodat de ideale omstandigheden voor de vorming van steenzout ontstaan!

De Eigenschappen van Steenzout

Steenzout heeft een aantal opmerkelijke eigenschappen waarmee het zich onderscheidt van andere gesteenten in de Nederlandse ondergrond. Zo gedraagt het zich op dieptes beneden een kilometer als een dikke stroop. Opmerkelijk is verder dat, in tegenstelling tot andere afzettingen (zand, klei, kalk), de dichtheid van steenzout constant is en niet met de diepte toeneemt. Bij andere gesteenten is dit wel het geval.

Beden 500 meter is steenzout daardoor lichter dan andere gesteenten. De combinatie van beide eigenschappen leidt ertoe dat steenzout de neiging heeft zich naar boven te bewegen. Dit gebeurt meestal bij breuken in de ondergrond. Het steenzout vloeit dan traag (halokinese) naar plaatsen waar de druk van het bovenliggende gesteentepakket het geringst is.

Zoutkussens en Zoutpijlers

Een verdikking van zout waarbij de bovenliggende lagen niet worden doorbroken wordt zoutkussen genoemd. Is het zout wel door die lagen heengebroken en ver omhoog gekomen, dan spreekt men van een zoutpijler. Door dit proces kunnen gedurende vele miljoenen jaren ondergrondse zoutbergen ontstaan. Op sommige plaatsen ligt het zout in ons land hierdoor enkele tientallen meters onder het aardoppervlak, terwijl de basis van de zoutlaag op drie tot vier kilometer diepte ligt.

Zechsteinbekken

De dikste zoutpakketten in Nederland dateren uit het Laat-Perm (Zechstein). Tijdens deze periode lag er in West-Europa een grote binnenzee, het Zechsteinbekken, dat van tijd tot tijd nog net in contact stond met de oceaan. Hier werd vanaf zo'n 260 miljoen jaar geleden in totaal een kilometer steenzout gevormd in een aantal verschillende indampingsfasen. Het warme droge woestijnklimaat, dat tijdens het Zechstein heerste, zorgde voor veel verdamping. Er waren weinig rivieren die zoetwater aanvoerde.

De omstandigheden in dit toenmalige Zechsteinbekken zijn vergelijkbaar met de huidige omstandigheden in het verdampingsbekken in de Kaspische zee, de Kara Bogaz Gol, een vrijwel geheel van open zee afgesloten lagune waar nu jaarlijks zo'n tien centimeter haliet wordt gevormd. Kortom, de ideale omstandigheden om indampingsgesteente te vormen.

De Winning van Zout in Nederland

In Nederland is steenzout voor het eerst aangeboord in 1887 in Twickel, nabij Hengelo. Men was eigenlijk op zoek naar zoet grondwater toen men onverwachts op 470 meter diepte steenzout uit het Trias tegenkwam. Nederland importeerde toentertijd nog zout uit het buitenland. Pas toen tijdens de Eerste Wereldoorlog de zoutaanvoer vanuit het buitenland stagneerde, begon Nederland zelf met het winnen van zout. Het was ten slotte, bij gebrek aan koel- en vrieskasten, nagenoeg de enige manier om voedsel te conserveren.

Om een idee te geven van de vroegere waarde van zout: met vijf kilo zout kon je een huis kopen in Amsterdam. Tegenwoordig heb je voor zo'n huis minstens een half miljoen kilo zout nodig! Zout was vroeger zelfs zo'n belangrijk en waardevol product dat Romeinse soldaten gedeeltelijk in zout uitbetaald kregen. Ons woord salaris is dan ook afgeleid van het Latijnse woord salarium, dat zoutrantsoen betekent!

Methoden van Zoutwinning

Vanaf de Romeinse tijd werd zout gewonnen door veen dat verzadigd was met zeewater te drogen, te verbranden en vervolgens de zoute as te raffineren tot zuiver zout. Toen deze manier niet meer toegepast werd, ging Nederland zout importeren. Pas toen het steenzout in eigen bodem werd ontdekt is men in Nederland weer zout gaan winnen. In het buitenland wordt veel zout gewonnen door ondergrondse mijnbouw.

Dit heeft men in Nederland ook overwogen, maar nooit toegepast. In Nederland wordt steenzout gewonnen door oplossingsmijnbouw. Hierbij wordt zoetwater in de grond gespoten waardoor steenzout oplost. De oplossing (pekel) wordt vervolgens naar boven gepompt. In een zoutraffinaderij wordt de pekel vervolgens gereinigd en tot schoon zout ingedampt, of via chemische processen omgezet in chloor en natriumhydroxide.

Cavernes en Bodemdaling

Bij het oplossen van het steenzout ontstaan ondergrondse holtes, ook wel cavernes genoemd. Deze moeten tijdens de winning goed in de gaten gehouden worden: als ze te groot worden is er kans op bodemdaling of, in uitzonderlijke gevallen, zelfs instorting. In Barradeel, waar op zeer grote diepte (2500-3000 m) zout uit de Zechstein gewonnen wordt, is de bodem inmiddels meer dan 32 centimeter gedaald!

Naast de zoutwinning in Barradeel wordt er ook bij Zuidwending en Winschoten zout uit de Zechstein gewonnen. Bij Hengelo wordt zout uit het Perm gewonnen. Op deze locaties wordt het zout op iets minder grote dieptes gewonnen: tussen 600 en 1600 meter. De totale Nederlandse zoutproductie bedraagt nu zo'n vier tot vijf miljoen ton per jaar. Nederland is daarmee de grootste zoutproducent van Europa en een van de grootste van de wereld.

Oplosbaarheid van Zouten

Zouten kunnen in beperkte mate in water oplossen. De oplosbaarheid van zouten verschilt per zout, er zijn zouten die helemaal niet oplossen, er zijn zouten die gedeeltelijk oplossen en zouten die goed oplossen. Na het oplossen kunnen zouten de oplossing zuur of basisch maken. De meeste Natrium (Na+) en Kalium (K+) zouten zijn goed oplosbaar in water, ook zouten met als NO3- zijn goed oplosbaar. Bij de andere zouten ligt het aan de samenstelling en de concentratie of het zout oplosbaar is. De oplosbaarheid neemt toe als de temperatuur hoger wordt. Er zijn ook stoffen die bij temperatuurstoename minder oplosbaar zijn, voorbeelden hiervan zijn CaSO4 en Ca(OH)2.

Total Dissolved Solids (TDS)

TDS is een afkorting voor Total Dissolved Solids, in het Nederlands: totaal opgeloste stoffen en deze wordt gemeten in mg/l. De TDS is belangrijk als je werkt met ketelvoedingswater, bij de bepaling van het langelier getal en bij ontzouting van het water. Mocht de TDS niet bepaald zijn, dan is het mogelijk om de geleiding van het water te meten en deze om te rekenen naar TDS.

Osmose

Neem twee vloeistoffen met verschillende concentraties opgeloste stoffen. Voorbeeld: een deciliter water met 5 g zout erin opgelost (oplossing 1) en een deciliter water met 10 g zout (oplossing 2). Deze twee oplossingen gieten we in een bak met een scheidingswand in het midden. De scheidingswand is een halfdoorlatende wand. Dat betekent dat water er gewoon doorheen kan, maar het zout niet.

Doordat de wand halfdoorlatend is gaat er iets bijzonders gebeuren:, het water stroomt naar de kant met de hoogste concentratie zout. Hierdoor wordt de concentratie van het zout aan beide kanten even groot. Osmose komt veel voor in de levende natuur. De meeste cellen in ons lichaam, maar ook in die van andere dieren en planten hebben namelijk een halfdoorlatend membraan.

Planten hebben in hun cellen een grote zak (de vacuole) met vloeistof, waarin veel stoffen opgelost zijn. Door osmose komt er water van buiten de cel die zak in, waardoor deze uitzet en tegen de celwand van de cel aankomt. Op deze manier wordt de cel stevig. De huid van vissen is ook redelijk halfdoorlatend.

Vissen die in zout water leven, zouden dus door osmose uitdrogen, omdat de concentratie opgeloste deeltjes in hun lichaam lager is dan die van het water waarin ze zwemmen. Daar hebben ze wat op gevonden. Ze drinken om het waterverlies door osmose te compenseren.

Ionen en Oplosvergelijkingen

Tijdens de reactie van een metaal met een niet-metaal ontstaat een zout. De metaalatomen staan daarbij één of meer elektronen af aan de niet-metaalatomen. Een ionbinding of elektrostatische binding treedt op in een ionrooster als gevolg van elektrostatische krachten tussen de geladen ionen. Een ionbinding is sterker dan een vanderwaalsverbinding of een waterstofbrug.

De systematische naam van een zout krijg je door eerst de naam van het positieve ion te nemen en daarachter de naam van het negatieve ion te plaatsen. Een zout geef je weer met behulp van een verhoudingsformule. Als een zout oplost in water laten de ionen van het zout los en worden ze omringd door watermoleculen. Het oplossen van een zout in water geef je weer in een oplosvergelijking.

Oplosbaarheidstabel en Kristalwater

De oplosbaarheidstabel geeft informatie over de oplosbaarheid van zouten in water. In de oplosbaarheid staan 4 metaaloxiden die met water reageren. Kristalwater is water dat wordt gebonden aan de ionen in een ionrooster. Zouten die in kristalwater in hun ionrooster hebben, noem je zouthydraten. Zouthydraten worden voornamelijk gebruikt als droogmiddel inbouwmaterialen als gips.

Molariteit en Coëfficiënten

De molariteit, M, van een oplossing druk je uit in het aantal mol opgeloste stof per liter oplossing of in het aantal mmol opgeloste stof per milliliter oplossing. De coëfficiënten in een oplosvergelijking geven de verhouding aan waarin het zout verdwijnt en de ionen ontstaan. Coëfficiëntenverhouding = molverhouding.

Bij zoutoplossingen heb je te maken met de molariteit van het zout en de concentraties van de afzondelijke ionen.

labels:

Zie ook: