IJsaanzetting en ijzel

Eén van de meest hinderlijke weersverschijnselen is ijsaanzetting die aan de grond maar ook op vliegtuigen fatale gevolgen kunnen veroorzaken. Ook voor het wegverkeer is de aanzetting van ijs dat we vooral als ijzel kennen een zeer verrassend verschijnsel. Wat is ijsaanzetting, hoe ontstaat het en hoe kunnen we er ons tegen wapenen? In de atmosfeer komt vooral in wolken en tijdens neerslag water voor. Water is de vloeibare vorm van H2O. Wanneer water overgaat in de vaste vorm en het dus bevriest noemen we het ijs. Zolang de verbinding H2O gasvormig blijft, wordt het waterdamp genoemd en is het voor ons een onzichtbaar, reukloos en kleurloos gas.

Onderkoeld water

Normaal gesproken zal zuiver water bij temperaturen beneden nul gaan bevriezen. Met deze kennis zijn we ook in staat om onze ijsblokjes in de vriezer te kunnen maken. Voor het bevriezingsproces is een katalysator, een versneller, nodig om de vaste toestand van ijs te kunnen bereiken. Kleine vaste deeltjes in de atmosfeer zoals zoutkristallen of zandkorreltjes kunnen daarbij helpen en worden vrieskernen genoemd. Ook een vast voorwerp als de vorm waarin het water voor de ijsblokjes wordt geschonken kan als vrieskern dienen.
In de atmosfeer zijn vooral in de hogere luchtlagen te weinig vrieskernen aanwezig. Dit heeft tot gevolg dat waterdruppeltjes zoals we in wolken tegenkomen niet direct zullen bevriezen wanneer de temperatuur beneden het vriespunt daalt. De druppeltjes blijven dus vloeibaar bij een negatieve temperatuur. We noemen deze toestand onderkoeld. Uit onderzoeken blijkt dat water zelfs tot -40 graden Celsius in zuivere omstandigheden vloeibaar en dus onderkoeld kan blijven zolang het in de vrije atmosfeer ongehinderd kan blijven bewegen.

Aangroei van ijs

Het grote nadeel van onderkoeld water is dat het bij botsing met een vrieskern direct bevriest.
Dit nadeel is vooral groot wanneer het ijs in de lucht op vliegtuigen wordt gevormd of wanneer aan het aardoppervlak de vallende regen opf motregen onderkoeld is en op de weg een ijslaagje vormt dat ijzel genoemd wordt.
Deze aangroei van ijs noemen we ijsaanzetting.
Een vliegtuig dat feitelijk als één groot vrieskern fungeert kan tijdens de vlucht in een wolk zo miljoenen onderkoelde waterdruppeltjes invangen zodat op bijv. de voorzijde van vleugels een dikke laag ijs kan ontstaan. In de luchtvaart wordt vaker de term icing gebruikt.
Het ijs dat door onderkoelde waterdruppeltjes op het vliegtuig terechtkomt zal gedeeltelijk smelten. Bevriezing levert namelijk stollingswarmte op die ten goede komt aan het ijs waardoor een deel tijdelijk zal smelten en waardoor het smeltwater verder over de vliegtuighuid zal uitvloeien. Even later kan het opnieuw kunnen bevriezen. Vooral waar het vliegtuig het eerst en meest in botsing komt met onderkoeld water, zal de aangroei het grootst zijn. De ijsaanzetting vindt daarom vooral aan de voorzijde van het vliegtuig plaats, dus ook op de cockpit, de voorramen enz.

Intensiteit

De intensiteit van ijsaanzetting is vooral afhankelijk van:

• temperatuur
• soort bewolking
• neerslag en waterinhoud

Bij verticaal sterk ontwikkelde wolken zoals buien komt matige tot zware ijsaanzetting voor bij temperaturen tussen 0 en -25 graden, bij meer horizontaal ontwikkelde wolken kan ijsaanzetting tussen 0 en -15 graden voorkomen. Vooral wanneer stijgbewegingen in de lucht voorkomen, zoals in sterke mate in buien of in minder sterke mate in fronten of lagedrukgebieden, is de hoeveelheid onderkoeld water in de wolk groot en dus ook de mate van ijsaanzetting. Ook in wolken die langere tijd boven zee verblijven komt vaak veel ijsaanzetting voor. Wanneer bewolking dus ook grotere waterdruppels (dus regen of motregen) bevatten is de ijsaanzetting dus ook groter en daarmee vaak ook de impact op bijv. het vliegverkeer.
Op de grond veroorzaakt onderkoelde neerslag eveneens een glazige ijslaag. Deze neerslag kan het aardoppervlak bereiken doordat sneeuw dat in een warme luchtlaag tot regen smelt vlak boven de grond onderkoeld raakt in een luchtlaag waarin de temperatuur opnieuw onder nul komt.
De nadering van een warmtefront na een vorstperiode is vaak de ideale situatie waarbij ijzel kan optreden voordat de dooi daadwerkelijk intreedt.

Onbestuurbaar en hoogteverlies

Een vliegtuig ondervindt zonder maatregelen veel last van ijsaanzetting aangezien de aërodynamische eigenschappen afnemen en het vliegtuig eerder hoogte kan verliezen. Daarbij kunnen zelfs beweegbare delen als vleugelsflaps en rolroeren vastvriezen zodat het toestel zelfs compleet onbestuurbaar kan raken. Hoeveel ijs er op een vliegtuig aangroeit is afhankelijk van de tijd dat het vliegtuig in de bewolking blijft maar ook de stijg- of daalhoek van het toestel in de bewolking.

De-icing

Veel moderne toestellen en zeker alle verkeersvliegtuigen zijn voorzien van een zogenaamd de-icing systeem, een verwarmingssysteem die -vergelijkbaar met vloerverwarming in de huiskamer- de vleugels verwarmt en het onderkoelde water verhindert om zich vast te hechten. Zo blijft het vliegtuig vrij van ijs of heeft het er minder snel last van. Zaak is wel dat de vlieger de zones waarin matige tot zware ijsaanzetting voorkomt, zoveel mogelijk zal mijden.
Wanneer het vliegtuig bedekt is met ijs, wordt de-icing toegepast. Op bepaalde onderdelen wordt het toestel op het vliegveld bespoten met stoffen die vriespuntverlagend werken en die het ijs snel laat smelten zoals propyleen glycol en ethyleen glycol.
Ook wordt soms met infrarode straling gewerkt om het ijs te verwijderen.

Op een wegdek kunnen we de grootste impact van ijzel voor zijn door ruim op tijd te gaan strooien, wel zodanig dat het wegverkeer het strooisel goed vastrijdt op het wegdek. Het is vooral afhankelijk van het soort asfalt dat bepaalt hoeveel gladheid door ijzel kan ontstaan. Het is een misverstand dat ZOAB (Zeer Open Asfalt Beton) extra kwetsbaar is voor gladheid en ijzel. Bij gladheid strooit Rijkswaterstaat extra zout op het ZOAB, zodat het niet gladder wordt dan normaal asfalt. Extra zout is nodig, omdat het zout door de holtes in dit asfalt niet op het oppervlak blijft liggen, maar wegspoelt met de gesmolten sneeuw.