In de Tertiair periode (66 tot 2,5 miljoen jaar geleden) ontwikkelde zich een zee, die we nu als Noordzee kennen, en kreeg de ligging van de continenten de huidige configuratie. Het gebied rondom het huidige Winterswijk lag nabij de kust en werd tijdens de Tertiair periode dan weer bedekt door de zee, dan weer viel het droog.
De kaart aan de rechterzijde is een reconstructie van de land en zee verdeling ten tijde van het Laat-Mioceen tijdvak. In de Tertiair periode schoof de kustlijn over grote afstanden heen en weer ten gevolge van schommelingen in het zeeniveau, bodembewegingen en het lage reliëf rond de Noordzee (zie ook de kaart rechtsonder). We kunnen zien, dat de toenmalige Noordzee kustlijn in grote lijnen overeenkomt met de huidige kustlijnen van Engeland, Noord-Duitsland en Denemarken. Nederland moest echer nog gemaakt worden door de zich naar het westen toe uitbreidende delta's van o.a. de oer-Rijn/Maas en Eridanos rivierenstelsels.
De afbeelding rechts toont een zeer vereenvoudigde weergave van de kustlijn (zee links en land rechts) in NW-Duitsland, Nederland en België tijdens de volgende tijdvakken (bron: www.scotese.com):
1 - Paleoceen (56 Mj geleden), 2 - Eoceen (45 Mj geleden), 3 - Vroeg Oligoceen (31 Mj geleden), 4 - Laat Oligoceen (26 Mj geleden), 5 - Vroeg Mioceen (20 Mj geleden), 6 - Midden Mioceen (11 Mj geleden), 7 - Laat Mioceen (6 Mj geleden)
De stippellijnen vertegenwoordigen de positie van de kustlijn tijdens het maximale zeeniveau in het betreffende tijdvak. Er was namelijk ook variaties in de zeespiegel in een bepaald tijdvak. Vanwege de lage en vlakke topografie in het gebied rond Winterswijk, veroorzaakte een geringe zeespiegelverandering een verschuiving van de kustlijn met tientallen kilometers.
Gedurende de Tertiair periode bewogen de Amerikaanse continenten verder weg van Europa en Afrika, terwijl het Indiase subcontinent, voorheen door een zee van Azië gescheiden, tegen Azië aanbotste en daardoor het Himalaya gebergte vormde. Winterswijk bewoog geleidelijk in een noordelijke richting, en bevond zich nog in een warmer klimaat dan nu.
Gedurende de Tertiair periode ontwikkelden zich nieuwe levensvormen, die een kans kregen na het uitsterven van o.a. de sauriërs. Zoals eerder beschreven was de omgeving van Winterswijk drooggevallen gedurende het Laat-Krijt tijdvak (na de Cenomanien tijd), en dit was ook nog het geval gedurende het oudste deel van de Tertiair periode (Paleoceen en Eoceen tijdvakken), zodat eventueel nieuw gevormde bodemlagen, maar ook oudere bodemlagen door verwering en erosie zijn verdwenen. De gedocumenteerde tertiaire geschiedenis begint in Winterswijk daarom pas in het middelste deel van de Tertiair periode (Oligoceen tijdvak). In Nederland komen er niet veel onbedekte Tertiair lagen aan de oppervlakte voor, en ook hierin is Winterswijk tamelijk uniek gebleken. In grote delen van het Winterswijkse liggen tertiaire lagen tot heel dicht aan het oppervlak, en worden slechts bedekt door een dunne laag uit de Kwartair periode. Toch is het zoeken naar plekken waar de tertiaire lagen goed te zien zijn. Met name middels een zeer groot aantal ondiepe boringen konden er veel monsters van tertiaire lagen worden bestudeerd, wat tot een gedetailleerde onderverdeling van deze lagen heeft geleid. Deze studies hebben het mogelijk gemaakt "onze" tertiaire lagen te correleren met tertiaire lagen in België en Duitsland. Hieronder worden de afzettingen uit de Tertiair periode slechts in hoofdlijnen beschrijven.
De oudste aan de oppervlakte aangetroffen tertiaire lagen bij Winterswijk gaan terug tot ongeveer 30 miljoen jaren geleden, het zogenaamde Oligoceen tijdvak. Bij Winterswijk ontbreken lagen uit het bovenste deel van het voorafgaande Krijt en het onderste deel van het Tertiair: Er ontbreekt hierdoor zo'n 30 tot 40 miljoen jaren geologische geschiedenis. In het Oligoceen heeft de zee zich tot over Winterswijk uitgebreid en werd er eerst een fijnkorrelige, grijze zandlaag neergelegd in een nog ondiepe zee ( de zgn. laag van Ratum), gevolgd door een vette klei, die afgezet werd in een diepere zee. Deze vette klei vormt een goede grondstof voor de fabricage van bakstenen. In het hierop volgende tertiaire Mioceen tijdvak bevond Winterswijk zich op de grens tussen land en zee. Zo nu en dan overspoelde Winterswijk, en werden er zanden en fossielrijke kleien neergelegd, dan weer trok de zee zich terug en viel Winterswijk droog, en vond erosie plaats. In het algemeen zijn er tijdens het Mioceen tijdvak (23 tot 5 miljoen jaar geleden) kleien afgezet, die ook zand kunnen bevatten. Deze kleien zijn bij kenners bekend om de fossielinhoud. O.a. haaientanden uit het Mioceen tijdvak werden regelmatig in beekbeddingen aangetroffen. Lagen uit het jongste Tertiair tijdvak Plioceen, 5 to 2,5 miljoen jaar geleden, komen bij Winterswijk niet voor. Winterswijk lag toen boven zeeniveau, en is dat sindsdien ook gebleven dankzij de hogere ligging van het Oost-Nederlands plateau. Wel liggen er bij Lievelde, zo'n 14 kilometers noordwestelijk van Winterswijk, pliocene zanden aan de oppervlakte. De kustlijn was dus nog wel nabij.
Wat kunnen we nog zien uit de Tertiair periode?
In een groot gebied rond Winterswijk bevinden tertiaire lagen uit het Oligoceen tijdvak zich tot vlak onder het maaiveld. Meestal zijn deze lagen bedekt door een dunne bodemlaag van kwartaire ouderdom. De oligocene klei wordt nog steeds gebruikt in de bakstenenindustrie. We beginnen onze tocht dan ook op de Vreehorstweg, waar zich 3km ten zuidwesten van de Winterswijkse dorpskern, de kleigroeve "De Vlijt" bevindt. Deze groeve laat zich niet zo mooi bekijken als de Sibelco-groeve, maar komende van Winterswijk, vlak voor camping Vreehorst, begint een wandelpad aan de rechterkant. Bij het begin van het pad kunnen we een kunstmatige heuvel beklimmen (niet voor mensen die slecht ter been zijn). De top van de heuvel biedt een fraai uitzicht over de kleigroeve, vooral wanneer de vegetatie nog bladerloos is. In de groeve, onder een dunne kwartaire bedekking van keileem, bevindt zich een zandige klei en daaronder een vette groen-grijs-blauwe klei. De verhouding tussen de kleisoorten is van belang voor de kleur van de baksteen. De groeve is eind 2022 uit bedrijf genomen en zal uiteindelijk vollopen met water en begroeid raken, waardoor de tertiaire klei uit het zicht zal verdwijnen.
Een aantal natuurlijke ontsluitingen is te vinden in buitenbochten van meanders in de Boven Slinge gelegen in het Stemerdinkbos in de buurtschap Brinkheurne. Deze lokatie was eens een rijke vindplaats voor oligocene fossielen, en is beschreven in een flink aantal (semi-) wetenschappelijke artikelen, maar is nu niet meer toegankelijk.
Op een aantal andere plaatsen komen de oligocene lagen tot zeer dicht aan het oppervlak. Dit is bijvoorbeeld het geval rondom de Grensweg nabij de grenspalen 763 tot 765 in de buurtschap Woold in het meest zuidelijke en hoogste punt (50m +NAP) van de gemeente Winterswijk. In schoongemaakte greppels kan men hier de oligocene klei aantreffen.
In feite, zullen we op de hogere delen van Oost-Nederlands plateau bij het graven in de tuin of bij het gebruik van een eenvoudige handboor voor het zetten van palen al oligocene klei tegenkomen. Dit is vooral in de buurtschappen Woold, Meddo, Henxel en Brinkheurne het geval. In delen van Kottum, Ratum en Huppel bevinden zich juist relatief veel mesozoïsche lagen direct onder de kwartaire bedekking.
Een overzichtsfoto van de oligocene kleigroeve "De Vlijt", genomen van de aangrenzende kunstmatige heuvel.
De foto is een close-up van de groeve. De bovenste twee terrassen bestaan uit lichtgekleurd dekzand en keileem. De onderste twee terrassen bestaan uit oligocene klei, die voor de fabricage van bakstenen wordt afgegraven.
De jongere miocene lagen liggen voornamelijk ten westen van het dorp Winterswijk, aan de oostzijde zijn weinig of geen lagen uit het Mioceen tijdvak afgezet, dan wel zijn deze lagen geërodeerd. Met name in delen van de buurtschappen Corle en Miste komen de miocene bodemlagen tot dichtbij het maaiveld. Hoewel in de ondiepe ondergrond aanwezig, zijn natuurlijke ontsluitingen van miocene lagen schaars. Vermeldenswaardig is het landgoed Kotmans aan de Kotmansweg in de buurtschap Miste. Lagen uit het Mioceen tijdvak komen hier ondiep voor en zijn bekend bij paleontologen en andere geïnteresseerden vanwege het opgraven en het uitzeven van grote hoeveelheden fossielen tussen 1968 en 2004. De fossielen zijn gevonden in een 15 miljoen jaar oude laag zandige klei op een diepte van 3 tot 4 meter onder het maaiveld. Op het landgoed Kotmans staat nu een informatiecentrum (geopend april tot oktober), waarin een verzameling van lokaal gevonden fossielen valt te bewonderen, zoals tweekleppige schelpen, slakken, zeeëgels, koralen, haaientanden en delen van vissen. Buiten het centrum is een verzameling van zwerfstenen te zien.
Vermoedelijk bevinden zich kleine natuurlijke ontsluitingen van oligocene en miocene lagen in de Boven Slinge stroomafwaarts van de Stemerdinkbrug, maar vegetatie, menselijke ingrepen in de beekloop, en soms gebrekkige toegankelijkheid maken deze lokaties minder interessant.
Boven Slinge ten oosten van de Huitinkbrug in de N319. Op de rechteroever is het profiel van een bolle es te zien. Langs de Boven Slinge komen diverse ontsluitingen van tertiaire en ook mesozoïsche lagen voor.
Close up van een mogelijke Tertiair-miocene klei, die boven de waterspiegel van de Boven Slinge glimmend en donker afsteekt (deze foto, ten oosten van de Huitinkbrug, is bij lage waterstand gemaakt).
Lagen uit het jongste tertiaire tijdvak, het Plioceen, komen alleen verder naar het westen, buiten de gemeente Winterswijk voor. Een bekende ontsluiting is te vinden ruim één kilometer ten oosten van het station Lievelde langs de spoorweginsnijding. Het betreft hier iets geelgroene zanden, die geen fossielen bevatten. Het Plioceen gaat na 2,5 miljoen over in de jongste periode, nl. het Kwartair.