Om het huidige landschap in de omgeving van het Renkums Beekdal te kunnen begrijpen moet je zo’n 2,5 miljoen jaar teruggaan, naar het begin van het ‘Pleistoceen’, dat is het geologisch tijdperk waarin de Veluwe zijn huidige vorm heeft gekregen.
Rivierdelta
Het grootste deel van ons land is ontstaan als een rivierdelta. De ondergrond bestaat uit lagen grind, zand, leem en klei, afkomstig van gebergten in Midden- en Oost Europa. Al dit materiaal is in de loop van het Pleistoceen aangevoerd door de rivieren Schelde, Maas, Rijn en Eridanos (Figuur 1). Doordat de bodem in het westen van ons land geleidelijk daalde, kwam er steeds weer ruimte om nieuwe lagen af te zetten bovenop oudere lagen. Daardoor bestaat de ondergrond van de Veluwe uit een honderden meters dik pakket opeen gestapelde laagjes grind, zand, leem en klei, afkomstig uit het achterland van de Maas en de Rijn.
IJstijden
Gedurende het Pleistoceen beleefde de aarde een aantal ijstijden. Tijdens de voorlaatste ijstijd (het ‘Saalien’, 238.000 tot 126.000 jaar geleden) drong landijs vanuit Scandinavië ook ons land binnen. Het kwam ca. 150.000 jaar geleden tot aan de lijn Haarlem – Nijmegen. Het front van het landijs bestond uit lange gletsjertongen (Figuur 2).
Eén zo’n gletsjertong liep via de huidige IJsselvallei tot aan Düsseldorf. Tussen Apeldoorn en Holten was hij ca. 40 km breed en honderden meters dik. Een westelijke zijtak van deze gletsjer liep ten zuiden van Arnhem via Valburg naar Bergharen.
Een andere gletsjertong liep door de Gelderse Vallei tot net voorbij Wageningen. Een oostelijke zijtak daarvan liep via Kootwijk en Harskamp tot Oud Reemst.
Spoelzandvlaktes
Onder de gletsjers liepen ‘s zomers enorme smeltwaterstromen die veel grond onder het ijs vandaan spoelden. Het weggespoelde grove materiaal (grind en zand) bleef liggen voor het front van het ijs en vormde daar een spoelzandvlakte of ‘Sandr’ (afgeleid van ‘sandur’, het IJslandse woord voor zand). (Figuur 3). Het fijne materiaal (leem- en kleideeltjes) werden verder weggevoerd. Door het wegspoelen van de ondergrond kwam de basis van het ijs steeds lager te liggen: tientallen tot wel meer dan 100 meter dieper dan de omgeving.
Het ontstaan van stuwwallen
Wanneer zo’n diepliggende gletsjertong langer en breder werd, drukte hij de aangrenzende bodemlagen (het spoelzand en de rivierafzettingen daaronder) voor zich uit en opzij. De bodem was destijds tientallen meters diep bevroren en moest eerst worden losgebroken voordat hij kon worden verplaatst. Massieve aardschollen van honderden meters lang, breed en diep werden losgebroken, gekanteld en vervolgens opzij en over elkaar heen geschoven tot stuwallen van wel 200 m hoog. Daardoor staan in het binnenste van een stuwwal de oorspronkelijk horizontaal gelaagde rivierafzettingen schots en scheef (Figuur 4). Bovenop een stuwwal vind je nu de laagjes grind, zand, leem en klei vlak naast elkaar aan de oppervlakte. Op de hellingen zijn deze sedimenten op den duur gemengd geraakt.
Loop van de rivieren
Tijdens de voorlaatste ijstijd (het Saalien) waren de rivierdalen van de Rijn en de Maas geblokkeerd door het landijs. Daardoor moesten zij hun oorspronkelijk noordwestelijke loop verleggen in westelijke richting. De Rijn liep door het dal van de Niers en voegde zich ten zuiden van de stuwwal Nijmegen-Mook bij de Maas. Samen liepen ze via een brede ‘oerstroomvlakte’ door Brabant en Zuid-Holland naar de Noordzee.
Na het Saalien nam de Rijn zijn noordwestelijke loop weer in. Eerst liep hij via het dal van de Oude IJssel en boog vervolgens ten noorden van Montferland af naar het westen. Later brak de Rijn hij door de stuwwal tussen Montferland en Kleef, waardoor de ‘Gelderse Poort’ ontstond.
Pas veel later (ca. 500 na Chr.) ging een deel van het Rijnwater weer in noordelijke richting stromen via de IJsselvallei. Ten noorden van de Veluwe boog de IJssel af naar het westen en stroomde via de oerstroomvlakte van de Overijsselse Vecht door Noord-Holland naar de Noordzee.
In de Betuwe hebben de Rijn en Maas de spoelzandwaaier van de gletsjer in de Gelderse Vallei weggevaagd en de stuwwallen Dieren-Doorwerth, de Wageningse berg en de Grebbenberg geërodeerd tot steile hellingen.
Nieuwe landschappen
Aan het eind van het ‘Saalien’ lag ons land er heel anders bij. Het landijs had de vlakke rivierdelta herschapen tot een heuvelachtig landschap met diepe gletsjerbekkens, hoge stuwwallen, spoelzandvlaktes en vlechtende rivieren. De hoogste en breedste stuwwal liep ten westen van de IJsselvallei, tussen Hattem en Dieren. Ten zuiden van Arnhem, tussen Dieren en Doorwerth, lag een stuwwal die was gevormd door de westelijke zijtak van de gletsjer in de IJsselvallei.
De gletsjer in de Gelderse Vallei had aan de westkant de Utrechtse Heuvelrug gevormd en aan de oostkant de stuwwal Lunteren-Wageningen. De oostelijke zijtak van deze gletsjer vormde het bekken van Otterlo met een kleinere stuwwal tussen Lunteren en Oud Reemst.
Ingesloten tussen deze vier stuwwallen ligt de ‘Sandr van Wolfheze: een uitgestrekte spoelzandvlakte met daarin de dalen van de Renkumse en Heelsumse beken.
Na de ijstijd
De contouren van de Zuidwest-Veluwe zijn in de voorlaatste ijstijd (het ‘Saalien’, 238.000 tot 126.000 jaar geleden) gevormd door gletsjers in de Gelderse Vallei, het bekken van Otterlo, de IJsselvallei en het Rijndal. De huidige heuvelruggen zijn ontstaan als stuwwallen die door deze gletsjers zijn opgestuwd. Ook na het Saalien is er nog van alles veranderd aan het landschap. Door erosie zijn de stuwwallen afgevlakt. De gletsjerbekkens, die aanvankelijk wel 100 m diep waren, zijn opgevuld met materiaal dat van de stuwwallen afspoelde en met latere afzettingen van de rivieren.
Stuivend zand
In de laatste ijstijd (het ‘Weichselien’, 116.000 tot 11.700 jaar geleden) heeft het landijs ons land niet bereikt. Het was hier toen wel heel koud en droog, waardoor het landschap veranderde in een poolwoestijn met een diep-bevroren bodem. Er was vrijwel geen vegetatie, waardoor de wind vrij spel had op de losse sedimenten. Er moeten toen veel stormen zijn geweest, want er is op grote schaal materiaal uit de rivierdelta verplaatst in oostelijke richting en verderop weer blijven liggen bovenop oudere lagen.
Aan weerszijden van de stuwwallen is een metersdikke laag ‘gordeldekzand’ afgezet. Ook in de Gelderse Vallei is dekzand afgezet. Dat is na de ijstijd opnieuw verstoven, waarbij langgerekte dekzandruggen gevormd (Figuur 1). Het fijnere materiaal (klei en leem) is verder weggevoerd en afgezet als löss in de dalen van de stuwwallen, de Achterhoek, Duitsland en Limburg.
Toen na de laatste ijstijd de vegetatie weer was teruggekeerd, zijn op kleinere schaal opnieuw zandverstuivingen opgetreden. Dit gebeurde vooral in dekzandbodems en spoelzandvlaktes, die in droge toestand gemakkelijk verstuiven. In de middeleeuwen zijn door intensivering van het landgebruik door de mens opnieuw veel stuifzanden met paraboolduinen ontstaan.
Asymmetrische beekdalen
Uit de hoogtekaart blijkt dat de doorsnede van de benedenloop van het Renkums Beekdal een geleidelijke westhelling heeft en een steile oosthelling. Dat asymmetrische profiel is ontstaan in de laatste ijstijd, toen de bodem diep bevroren was. ‘s Winters bleef, bij de destijds overheersende westenwind, veel sneeuw liggen op de westhelling van het dal, in de luwte van de stuwwal Lunteren-Wageningen. Op de oosthelling bleef minder sneeuw liggen. Bovendien smolt de sneeuw op de oosthelling al vroeg in het voorjaar door de straling van de middagzon. Pas later in het voorjaar smolt ook de sneeuw op de westhelling.
Doordat de ondergrond destijds diep bevroren was kon het vele smeltwater niet wegzakken in de bodem. De ontdooide bovengrond raakte verzadigd met water, verloor zijn stevigheid en gleed als een dikke laag modder geleidelijk in de richting van het dal. Zo werd de westhelling van het dal steeds minder steil en werd de beek naar de oostkant van het dal verdrongen. De oostelijke dalwand werd geërodeerd door de beek die er onderlangs liep, waardoor hij juist steiler werd.