Hoe natuurijs ontstaat en ‘zweeft’ boven het water

Wanneer het in de winter vriest en je maakt een wandeling, is de kans groot dat je in de sloot of een ondergelopen stuk akkerland soms ijs met open structuren ziet. Witachtig ijs met soms bladachtige structuren, rechte lijnen, golvende lijnen en gaten waardoor je nog water ziet. Duidelijk geen ijs om op te schaatsen, maar ware kunstwerken. Maar waarom bevriest het water niet egaal?

• Hoe ontstaat ijs?
• Temperatuur
• De windsterkte en windsnelheid
• Stroming
• Waterdiepte
• Vochtigheidsgehalte
• Neerslag
• Hoe kan het ijs ‘zweven’
• Zwevend ijs
• Bomijs

Hoe ontstaat ijs?

De vorming van het ijs heeft te maken met verschillende factoren. Dat het vriezend weer moet zijn, is logisch maar daarnaast heeft het onder ander ook te maken met:

• De temperatuur van het water en van de lucht;
• de wind;
• de stroming van het water;
• de diepte van het water;
• de luchtvochtigheid;
• de neerslag.

Temperatuur

Water heeft een stofje of vuiltje nodig om ijs te maken. Hoe harder het vriest, des te sneller het water een temperatuur van nul graden en nul graden beneden nul kan aannemen. Water koelt af wanneer het vriest en het eerst bovenaan, het oppervlak. Koud water is zwaarder en zakt omlaag. Heeft het eenmaal de temperatuur van 4 graden bereikt, dan wordt het water weer lichter en gaat omhoog. Aan de oevers zal het eerst ijs gevormd worden omdat het water daar sterker afkoelt dan in het midden. Het water verliest de warmte door koude lucht en door uitstraling van warmte naar het heelal. Wanneer het bewolkt is wordt een deel van de warmte-uitstraling teruggekaatst en bij zonnig en helder weer is dit niet het geval en raakt water of ijs dus het snelst de warmte kwijt. Wanneer er een dun laagje ijs is gevormd, groeit het ijs aan de onderkant aan. Bij bevriezing vrijkomende warmte van water moet door het ijs worden afgevoerd (stollingswarmte), vandaar hoe dikker het ijs, hoe trager het ijs aangroeit.

De windsterkte en windsnelheid

Wanneer de wind in de lengterichting van een sloot staat, blijft de sloot vrij van ijs, terwijl dwarssloten al bedekt kunnen zijn met ijs. Ook de windsnelheid speelt mee. De warmte die vrijkomt bij de bevriezing van de vloeibare vorm in de vaste vorm, wordt door de wind sneller afgevoerd en bevorderd het proces. Een hoge windsnelheid echter vertraagd het bevriezingsproces omdat het warmere bodemwater omhoog gestuwd wordt.

Stroming

Bewegend water bevriest langzamer dan stilstaand water. Stroming in het water zorgt voor een hogere temperatuur op de bodem omdat het water aan de oppervlakte kouder is, daardoor zwaarder is en naar beneden zakt. Vervolgens wordt het weer gemengd met warmer water. Daar komt nog wrijvingswarmte bij (bewegende objecten zorgen voor wrijvingswarmte die het ijs plaatselijk even doet smelten) waardoor het water warmer blijft. Stilstaand water komt eerder bij het vriespunt. In Nederland wordt de waterstand door bemaling op peil gehouden. Het water zal dan blijven stromen onder het ijs en kan een flink verschil in dikte geven, zonder dat we het zien

Waterdiepte

Wanneer het water diep is, duurt het langer voordat het is afgekoeld door de menging van de lagen water. De bovenste laag water koelt af tot 0 graden of minder en bevriest. Het diepere water is warmer en heeft meer tijd nodig om zich te mengen. Het water op de bodem blijft 4 graden en aan het oppervlak bevriest het. Ondergelopen weilanden, ijsbanen en ondiepe sloten, bevriezen daarom eerder dan grote meren.

Vochtigheidsgehalte

De relatieve luchtvochtigheid geeft aan hoeveel waterdamp zich in de lucht bevindt ten opzichte van wat er aan waterdamp in zou kunnen. Hoe minder vocht in de atmosfeer, hoe makkelijker vocht (vloeibaar of vast) verdampt. Een lage luchtvochtigheid (droge lucht) geeft dus een snellere ijsgroei. Bij een windje nog sneller omdat de lucht dan sneller wordt aangevoerd en de verdamping dan groter is. Onder die omstandigheden zal het ijs ook bij een luchttemperatuur van iets boven het vriespunt aangroeien. Is de luchtvochtigheid hoog, dus vochtig dan zal bij temperaturen boven nul, water op het ijs komen te staan.

Neerslag

Wanneer het vriest, valt neerslag vaak in de vorm van sneeuw. Als er al ijs is dan is sneeuw op het ijs een factor die de ijsgroei tegenwerkt. Een sneeuwlaag op het ijs isoleert en het ijs groeit minder snel aan.

Hoe kan het ijs ‘zweven’

Wanneer het vriezend weer is bevriest het water het eerst aan de oevers van een sloot. Water aan de randen koelt sterker af dan in het midden van de sloot, door onder ander stroming in het water. Ook blijft in het midden het water langer warmer totdat de koudere lucht van de randen langzaam gemengd wordt met de lucht in het midden en ook zal bevriezen. Voordat het midden dan bevriest lijkt het wel of het ijs aan de randen ‘zweeft’.

Zwevend ijs

Dat kan verklaard worden door:

• Zakkend water;
• Bomijs.

Zakkend water
Bij sommige sloten sijpelt er ook water weg door de bodem van de sloot. De bodem bestaat uit zand, veen of klei. Water stroomt gemakkelijk door de bodem van zandgronden, maar niet of bijna niet door klei. De grondsoort in Nederland heeft de meeste zandgronden in Groningen, Drenthe, Overijssel, Veluwe, Achterhoek en Brabant. Een van de redenen dat het water bij een sloot zakt is dus de natuurlijke doorlaatbaarheid van de bodem. Wanneer het vriezend weer is vormt zich altijd het eerst een laagje ijs langs de oevers, langs de zijkanten en dan pas de gehele sloot. Het verschijnsel kan zich dan voordoen dat het een sloot met een zandige bodem langzaam water door de bodem laat sijpelen. Het waterpeil zakt dan maar het ijs aan de zijkanten zit vast gegroeid aan het gras, aan de oever en zakt niet mee. Het scheurt los en hoe meer het water onder het ijs zakt, hoe groter het verschil tussen de ijslaagjes. Het ijs lijkt te zweven.

Bomijs

Door gaten in het ijs zie je soms de bodem van het water en zo'n ijs heet bomijs. Bomijs is ijs dat niet op het water rust en onbetrouwbaar is. Het is ijs waar niet op geschaatst kan worden. Bomijs is vaak witachtig ijs omdat de onderzijde bedekt is met een laagje bevroren condens en ontstaat na een nachtje met lichte of matige vorst en is aan te treffen is op plassen in akkerlanden, bermen of ondiepe sloten. Het is ijs dat niet dik is, vaak maar tot een halve centimeter dik. Onder het ijs zit altijd een laagje lucht en daaronder zit dan vaak nog weer een laagje (modderig) water, de bodem. Bomijs ontstaat door een daling van de waterstand. Een lichte natuurlijke daling, een sloot waar het ijsoppervlak schuin staat of een kunstmatige daling wanneer de stuwen weer worden aangezet. Gevaarlijk ijs is het dan maar bomijs geeft wel de mooiste, creatieve plaatjes en is echt fotografeerijs.