Strefler et al 2018 geven aan dat het fijnmalen tot een korrelgrootte van kleiner dan 10 µm hoge, vermoedelijk onverantwoorde kosten met zich meebrengt en bovendien kan leiden tot fijnstof dat schade aan de longen van mens en dier kan doen. 

Zij noemen 20 µm als 'typisch en technisch makkelijk te realiseren' en 50 µm als bovengrens voor hun onderzoeksdoel (dat gericht is op kwantificeren van de CO2-vastlegging).

Strefler et al 2018 (data, p10) geven een verwering voor basalt van 22% binnen één jaar bij een korrelgrootte van 20 µm en een pH van 7. In bosbodems is de pH doorgaans veel lager, wat verwering versnelt.

Dit zijn echter gemodelleerde cijfers, die een hoge onzekerheidsgraad hebben: het interval ligt tussen de 0,2% tot 187% per jaar.

Een experiment van Deltares 2022 met het verwante gesteente duniet (uitgestrooid op gras en kale grond) geeft een verwering binnen 2 jaar voor...

• korrels van 50 µm: 5,6% (2,8% per jaar)

• korrels van 16 µm: 19% (9,5% per jaar)

• korrels van 2 µm:100% (>50% per jaar)

Bij dit experiment werd duniet ingemengd in de minerale toplaag van onbebouwde grond; het vlak werd al dan niet bezaaid met tarwe en rogge. De pH van de bodem was 6.0.

Zie ook de samenvatting in NRC Handelsblad. 

Het bodemleven in een bos is geoefend in het losmaken van mineralen uit het zand, grind en steen waar de humuslaag bovenop ligt. Als je steenmeel uitstrooit op de bosbodem, voeg je in wezen een vergelijkbaar materiaal in snel opneembare vorm toe aan de bovenkant.

Steenmeel verweert met water en CO2 tot zand, klei, ijzer, bicarbonaten en zuurstof. De koolstof uit de CO2 belandt in het bicarbonaat: dit is een verbinding van koolstof, zuurstof en waterstof met een mineraal zoals magnesium, calcium of natrium.

Bij lagere pH: circa drie keer sneller

Bosbodems variëren in hun zuurgraad, maar als richtlijn voor een typische bosbodem in productiebos kun je een pH van 4,0 aanhouden. Dit is lager dan de meeste andere omgevingen op land.

Een pH van 4,0 zorgt ervoor dat steenmeel ongeveer drie keer sneller verweert dan in de pH-neutrale lab-omgeving waarin wetenschappelijk onderzoek naar verwering vaak plaatsvindt.

Voor meer details, zie hieronder bij 'Zure bosbodem verweert sneller.'

Invloed van bos: twee tot vijf keer sneller

Metingen in IJsland (Moulton & Burner, Geology 1998) tonen aan dat verwering van een basaltbodem twee tot vijf keer sneller gaat als er bos op groeit, in vergelijking met een zelfde kale bodem zonder bos (niet meer begroeiing dan mossen en korstmossen). 

Het effect werd vastgesteld door metingen in twee rivieren: de ene rivier voert water af van een beboste basaltbodem, de ander van de kale bodem (beide gebieden onbewoond en onbebouwd). Het beboste gebied gaf aan het rivierwater veel meer calcium en magnesium af.

De enige redelijke verklaring voor dit verschil zijn de biologische processen in de bosbodem. In dit geval ligt het basalt dus onder het bos en wordt het vooral door bodemschimmels verweerd, waarbij de calcium en magnesium vrijkomen.

Dit experiment kan niet één op één worden overgezet naar ons projectdoel: wij willen immers steenmeel uitstrooien op de bosbodem. Het bevestigt echter wel dat begroeiing een belangrijke rol speelt in de verwering van basalt.

Verweringssnelheid van duniet

Voor het (aan basalt verwante) mineraal duniet zijn er veel studies die naar het effect van de zuurgraad (pH) op de verwering kijken. Basalt verweert langzamer dan duniet, maar we gaan ervan uit dat de relatie tussen de zuurgraad en de verweringssnelheid hetzelfde is.

Door bijvoorbeeld Olsen et al. (2007) is de relatie tussen zuurgraad en verweringssnelheid van duniet in de volgende formule samengevat:

log rate (pH<6) = -0.48 * pH - 6.9
log rate (pH>6) = -0.18 * pH - 8.8

Deze twee formules kruisen elkaar ongeveer bij een pH=6 (zie afbeelding).  Bij een pH van 7 is log(rate) gelijk aan -10.06; bij een pH van 4 is log(rate) gelijk aan -8.82. 

Omrekenen naar bosgrond (pH 4,0)

De pH-waarde in de meeste onderzoeken naar steenmeel is ingesteld op neutraal (7,0) of licht zuur (6,0). Bosgrond is veel zuurder (pH 4,0). Met de bovenstaande formules stellen we de volgende correctiefactoren vast:

• de verwering versnelt ongeveer 3.5 keer als je van pH 7 naar pH 4 gaat (exp(-8.82)/exp(-10.06)=3.45)

• de verwering versnelt omgeveer 2.7 keer als je van pH 6 naar pH 4 gaat

Bron: Mathilde Hagens (WUR).

De pH-waarde van bodems varieert onder invloed van onder andere weer (vocht), bodemtype (grof of fijn zand), aanwezige mineralen, bodemleven en boomsoort.

Vos et al 2023 geven voor vijf locaties in Nederlands bos (3 locaties Veluwe, 2 locaties Noord-Brabant) de pH-waarde van de minerale bodem in productiebos met beuk, grove den, douglas op uiteenlopende bodemsoorten.

Deze locaties, die voor het onderzoek specifiek zijn uitgekozen vanwege arme, zure bodem, hebben een pH die varieert tussen 4,0 en 4,5, met de meeste metingen tussen 4,0 en 4,2.

Als we de beschikbare gegevens (in de blokken hieronder uitgelicht) samenbrengen, komen we tot de volgende cijfers voor verweringssnelheid en korrelgrootte.

Gegevens:

• Duniet van 0,16 µm verweert met 9,5% per jaar (Deltares 2022). Dit geldt voor een locatie in de open lucht in Nederland, met verstoord bodemleven en zonder doorworteling van vaste planten.

• We rekenen dit om naar de meer gebruikelijke korrelgrootte van 0,20 µm toe te passen, met een geschatte factor 1,5.

• Basalt verweert 4,5 maal langzamer dan duniet (Strefler et al 2018).

• pH-waarde van bosgrond is 4,0. Dit versnelt de verwering 3,5 keer (toelichting hieronder)

Synthese:

Als we het experiment van Deltares zouden uitvoeren met basalt (in plaats van duniet) in korrels van 0,16 µm, dan zouden deze 4,5 keer langzamer verweren: met een snelheid van 2,1% per jaar dus. Bij korrelgrootte 0,20 µm wordt dat een snelheid van 1,4% per jaar.

In bosgrond gaat de verwering naar schatting 3,5 keer sneller. Deze extra snelheid komt door de bijzondere omstandigheden in de bosbodem, waaronder een lagere pH. Meer over de invloed van bosbodem op verwering van steenmeel. 

We komen hiermee uit op een geschatte verweringssnelheid van basaltkorrels van 20 µm van 4,9% per jaar: afgerond 5%. Daarmee is een passende portie gemalen basalt in bosbodem in 20 afgerond jaar geheel verweerd.

Leem, zand en klei zijn alledrie verweerde steenkorrels. Het onderscheid zit 'm in de korrelgrootte.

Leem heeft een korrel van 4-60 µm (micrometer) groot. Zand is alles wat groter is dan leem, tot korrels van 2 mm. Klei is de naam voor deeltjes die juist nog kleiner zijn dan leem.

Je merkt het verschil als je met blote handen gaat graven: zandkorrels op je huid vallen eraf als ze opdrogen, leem blijft plakken en klei krijg je alleen met schrobben uit je poriën.