Een Geheim in Amsterdam: Liesegang-ringen 🪨🔬 EarthCache

Het gesteente op de aangegeven coördinaten - Zandsteen

Zandsteen is een sedimentgesteente dat gevormd is door de consolidatie van zand. Dit zand werd in lagen afgezet, bijvoorbeeld op de bodem van zeeën, meren of rivieren, waar het later werd samengeperst en aanelkaar 'gekit' met mineralen zoals ijzeroxiden, kwarts of kalksteen. Dit proces wordt diagenese genoemd.
De kleur van het zandsteen kan variëren van lichtgeel tot rood, grijs of bruin, afhankelijk van welke mineralen het hebben gebonden en welke stoffen erin aanwezig zijn.
Het zandsteen op deze vindplaats is gevormd in een fluviatiele of mariene omgeving. Het is goed gelaagd en hier kunnen we interessante gekleurde banden en patronen zien die zijn gevormd door chemische processen nadat het gesteente is afgezet. Dit zijn Liesegang-ringen, regelmatige concentrische of golfachtige patronen die worden veroorzaakt door de neerslag van mineralen in het gesteente.

Liesegang-ringen

Liesegangringen zijn specifieke geochemische patronen (variaties in de chemische samenstelling van gesteenten, mineralen, water of andere geologische materialen). Ze geven informatie over de processen die deze materialen hebben gevormd of veranderd) die diep in gesteente ontstaan zonder enige mechanische gelaagdheid of menselijke invloed. Op het eerste gezicht kunnen ze lijken op sedimentaire lagen, maar hun oorsprong is totaal anders. Ze zijn namelijk het resultaat van een chemische neerslagreactie in een vaste of gelachtige omgeving.
Dit fenomeen werd voor het eerst beschreven in 1896 door de Duitse chemicus Raphael Eduard Liesegang, naar wie het ook is vernoemd. Sindsdien is het onderwerp van onderzoek, niet alleen in de geologie maar ook in de chemie.

Hoe Liesegangringen ontstaan

Liesegang-ringen worden niet gevormd door wind, water of druk, zoals lagen in sedimentaire gesteenten. In plaats daarvan ontstaan ze in het gesteente door een langzame chemische reactie. Dit gebeurt zonder dat het gesteente beweegt of breekt.

Zo werkt het:

1) Verspreiding van opgeloste stoffen
Door gesteenten zoals zandsteen, die kleine ruimtes (poriën) tussen de korrels hebben, kan water langzaam doorheen stromen. Als dit water bepaalde opgeloste stoffen zoals metaalionen bevat, verspreiden deze zich op natuurlijke wijze van plaatsen waar ze in grote hoeveelheden aanwezig zijn naar plaatsen waar ze minder aanwezig zijn. Deze langzame verspreiding wordt diffusie genoemd.

Stel je voor dat regenwater of grondwater deze stoffen via een kleine scheur in het gesteente meevoert. In het gesteente komt het in contact met andere stoffen die daar al lange tijd aanwezig zijn.

2) Chemische reactie en vorming van vaste stoffen
Wanneer de twee verschillende stoffen elkaar ontmoeten en zich in de juiste hoeveelheid vermengen, vindt er een chemische reactie plaats. Als gevolg daarvan wordt een vaste stof gevormd. Maar dat gebeurt niet overal, alleen op specifieke plaatsen waar de omstandigheden precies goed zijn. Deze vaste stoffen bevatten vaak mineralen zoals ijzeroxiden, die ze een sterke kleur geven (rood, geel, bruin...).

3) Herhalend patroon
Nadat de eerste band van vaste stof is gevormd, zijn de chemicaliën op die plek opgebruikt. De volgende reactie vindt dus iets verderop plaats, waar zich meer stoffen hebben verzameld. Dit blijft zich steeds weer herhalen en creëert regelmatige patronen zoals ringen, banden of golven in het moedergesteente.

Dit zich herhalende proces wordt zelforganisatie genoemd: de natuur creëert zelf orde.

Wat zien we precies in het veld?

In rotswanden of ontsluitingen waar Liesegang-structuren voorkomen, kunt u het volgende zien:

- Concentrische ringen – vaak rond breuken of punten waar water met reactieve stoffen is binnengedrongen.

- Parallelle banden – lijken op sedimentaire lagen, maar met een onregelmatige dikte en afstand.

- Golvende of onregelmatige strepen – vaak in verschillende kleuren: geel, rood, bruin en soms zelfs zwart.

Wat veroorzaakt welke kleur:

Geel – Wordt meestal veroorzaakt door de neerslag van goethiet (FeO(OH)), een gehydrateerd ijzeroxide. Dit mineraal vormt zich onder oxiderende omstandigheden en geeft een heldergele tot geelbruine kleur.

Rood – Meestal te wijten aan hematiet (Fe₂O₃), een ijzeroxide dat zich vormt in sterker oxiderende omgevingen. Hematiet geeft een levendige rode tot roodbruine tint, die vaak te zien is in goed beluchte rotsformaties.

Bruin – Meestal geassocieerd met een mengsel van ijzeroxiden en hydroxiden, zoals limoniet, een materiaal met een variabele samenstelling. Bruine tinten kunnen ook het gevolg zijn van mangaanoxiden die zich vermengen met ijzer, wat donkerdere tinten oplevert.

Zwart – Duidt op mangaanoxiden (bijv. pyrolusiet (MnO₂) of birnessiet) of soms koperoxiden onder reducerende omstandigheden. Deze mineralen vormen donkere, zwartachtige banden of vlekken, vaak op plaatsen waar zuurstof beperkt was.

Vragen

Om deze EarthCache-vondst te loggen, moet je de antwoorden op de volgende vragen en taken sturen via bericht of e-mail.

1a) Welke van de in de listing genoemde vormen van Liesegang-ringen kun je zien op de geposte coördinaten? 
1b) Welke vorm komt het meest voor volgens jou?

2a) Op basis van de zichtbare kleuren in de gevel: welke mineralen zijn volgens jou NIET aanwezig?
2b) Leg uit waarom je dat denkt.

3a) Hoe groot zijn de Liesegang-ringen op de aangegeven coördinaten?
3b) Wat is de geschatte afstand tussen de ringen?
3c) Leg uit waarom je denkt dat ze allemaal wel of allemaal niet hetzelfde zijn?

4) Plaats een foto bij je log waaruit duidelijk blijkt dat jij ter plekke bent geweest. Voor ieder team dat logt is een individuele foto verplicht! (groepsfoto's worden dus niet geaccepteerd!)

Log de EarthCache na het verzenden van het antwoord.

Logs zonder (juiste) antwoorden en/of juiste foto worden zonder waarschuwing verwijderd.

Rock on the posted coordinates - Sandstone

Sandstone is a sedimentary rock formed by the consolidation of sand. This sand was deposited in layers, for example at the bottom of seas, lakes or rivers, where it was later consolidated by pressure and cemented with minerals such as iron oxides, quartz or limestone. This process is called diagenesis.

The colour of sandstone can vary from pale yellow to red to grey or brown, depending on what minerals have cemented it and what substances are present.

The sandstone at this site was formed in a fluvial or marine environment. It is well layered and here we can observe interesting coloured bands and patterns that have been formed by chemical processes after the rock has been deposited, these are Liesegang rings, regular concentric or wave-like patterns caused by the precipitation of minerals within the rock.

Liesegang rings

Liesegang rings are specific geochemical patterns that form deep within rocks without any mechanical layering or human influence. At first glance, they may resemble sedimentary layers, but their origin is entirely different. They are the result of a chemical precipitation reaction occurring in a solid or gel-like medium.
This phenomenon was first described in 1896 by the German chemist Raphael Eduard Liesegang, after whom it is named. Since then, it has been the subject of research not only in geology but also in chemistry.

How Liesegang Rings Form

Liesegang rings are not formed by wind, water, or pressure like layers in sedimentary rocks. Instead, they are created inside the rock by a slow chemical reaction. This happens without the rock moving or breaking.

Here's how it works:

1) Spreading of dissolved substances
In rocks like sandstone, which have small spaces (pores) between the grains, water can slowly move through. If this water contains certain dissolved substances like metal ions, they naturally spread out from places where there's a lot of them to places where there's less. This slow spreading is called diffusion.

Imagine rainwater or groundwater carrying these substances into the rock through a small crack. Inside the rock, it meets other substances that have been there for a long time.

2) Chemical reaction and solid formation
When the two different substances meet and mix in the right amount, a chemical reaction happens. As a result, a solid material is formed. But it doesn’t form everywhere, only in specific places where the conditions are just right. These solid materials often contain minerals like iron oxides, which give them strong colors (red, yellow, brown…).

3) Repeating pattern
After the first band of solid forms, the chemicals are used up in that spot. So the next reaction happens a bit further away, where more substances have collected. This keeps happening again and again, and creates regular patterns like rings, bands, or waves inside the rock.

This repeating process is called self-organization, nature creates order all by itself.

What exactly can we observe in the field?

In rock walls or outcrops where Liesegang structures occur, you can see:

- Concentric rings – often around fractures or points where water with reactive substances has entered.

- Parallel bands – resembling sedimentary layers, but with irregular thickness and spacing.

- Wavy or irregular stripes – often in different colors: yellow, red, brown, and sometimes even black.

What causes what color:

Yellow – Commonly caused by the precipitation of goethite (FeO(OH)), a hydrated iron oxide. This mineral forms under oxidizing conditions and gives a bright yellow to yellow-brown color.

Red – Typically due to hematite (Fe₂O₃), an iron oxide that forms in more strongly oxidizing environments. Hematite gives a vivid red to reddish-brown hue, often seen in well-aerated rock formations.

Brown – Usually associated with a mix of iron oxides and hydroxides, such as limonite, a variable composition material. Brown shades may also result from manganese oxides mixing with iron, giving darker tones.

Black – Indicative of manganese oxides (e.g., pyrolusite (MnO₂) or birnessite) or sometimes copper oxides under reducing conditions. These minerals form dark, blackish bands or spots, often where oxygen was limited.

Questions

In order to log a find of this EarthCache, you must send me the answers to the following questions and tasks in message centre or by email.

1a) Which of the listed Liesegang  ring shapes can you see at the posted coordinates?
1b) Which shape do you think is most common?

2a) Based on the visible colors in the facade: which minerals do you think are NOT present?
2b) Explain why you think so.

3a) How big are the Liesegang rings at the given coordinates?
3b) What is the estimated distance between the rings?
3c) Explain why you think they are all the same or not?

4) Add a photo to your log that clearly shows you were there. Each team that logs must submit an individual photo! (Group photos will not be accepted!)

Log EarthCache after sending answers

Logs without (correct) answers and/or the correct photo will be deleted without warning.