IJsvorming

De vorming, aangroei van natuurijs is een uiterst ingewikkeld proces dat van verscheidene factoren afhangt. Niet alleen de temperatuur, maar ook wind, bewolking en vochtigheid zijn van grote invloed. Ook de stroomsnelheid, diepte en ligging van het water spelen een belangrijke rol. 

Zodra het gaat vriezen koelt het water af, het eerst aan het oppervlak. Dat koudere water is zwaarder en zakt omlaag. Als een temperatuur van 4 graden is bereikt mengt het zich verder niet meer omdat water kouder dan 4 graden weer lichter wordt en omhoog komt. Het water in de diepte blijft dus zo’n 4 graden terwijl het water aan het oppervlak afkoelt tot het vriespunt.

De ijsvorming kan dan beginnen. Dat gebeurt op het wateroppervlak met het ontstaan van sterretjes en naaldjes. Die worden steeds groter en sluiten zich aaneen tot ze een samenhangend laagje vormen dat langzaam dikker wordt. Vanuit dit laagje schieten kristallen naar beneden. Ondertussen vormen zich in het water andere kristallen die omhoog komen en samengroeien met de kristallen aan het oppervlak.

Het water bevriest het eerst aan de oevers van een sloot. Dat houdt verband met stroming. In het midden blijft het water het langst op temperatuur. De lucht, verwarmd door aanraking met het resterende warmere water, stijgt op boven het midden van de sloot, terwijl koudere lucht vanaf de oevers toestroomt. Die wordt op haar beurt geleidelijk verwarmd naarmate ze het midden van de sloot nadert. Zo koelt het water aan de randen dus sterker af dan in het midden.

Op de ene plaats ontstaat ook sneller ijs dan op de andere. Dat kan verschillende oorzaken hebben. In een rivier bijvoorbeeld duurt het bevriezingsproces veel langer dan in een sloot. Dat komt omdat in een rivier een veel grotere hoeveelheid water moet afkoelen dan in een sloot.

Bovendien stroomt rivierwater meestal sneller dan slootwater, waardoor in een rivier voortdurend water uit verschillende lagen wordt gemengd en de afkoeling langzamer gaat. Onder een brug komt het ijs ook later en blijft het dunner. De stroming onder een brug is door een vernauwing van de waterstroom meestal sterker.

Bovendien verdampt onder een brug minder water, is er minder uitstraling en is ook de toevoer van koude lucht geringer. Dat verklaart ook waarom een open sloot sneller met ijs bedekt is behalve waar het water onder dichte takken of struiken ligt.

Als de wind in de lengterichting van de sloot staat kan het gebeuren dat deze sloot open blijft terwijl de dwarssloten al lang met ijs bedekt zijn. Zo kan het zijn dat de dikte van het ijs op diverse sloten zeer verschillend zijn, zonder dat we het weten als we erop rijden.

Als we bij het ijs staan en er is niemand op, dan is het meestal wel een indicatie dat het niet veilig genoeg is. Veel mensen die in de omgeving van het ijs wonen, kennen de voorgeschiedenis van het ijs. Vaak proberen ze ook wel wat mogelijk is of hebben een idee van de dikte van het ijs. Een oude stelregel is dat ijs zonder sneeuw bij elke graad vorst 2,5 mm per dag aangroei. Ingewikkelder wordt het als we andere factoren erin betrekken zoals windsnelheid, bewolking en luchtvochtigheid.

Een klein dammetje onder water zorgt al voor een flinke beweging van het water. De ijsvorming kan daardoor een stuk langer duren.

Van water tot ijs
Zoet water heeft de hoogste dichtheid bij + 4 graden. Dit water bevindt zich onder in een open wateroppervlak. Stroming in rivieren en meren zorgt voor een hogere temperatuur op de bodem. Bij afkoeling van een wateroppervlak  wordt dit water zwaarder en zakt omlaag. Dit water wordt weer vervangen door warmer water van grotere diepte. Dit proces van afkoeling zorgt voor een grote beweging tussen de diverse lagen in het water. Deze beweging gaat door tot de totale watermassa een temperatuur heeft bereikt van + 4 graden. Dit betekent dat er in meren vaak enorme waterhoeveelheden moeten afkoelen voordat  het bovenste water van + 4 graden tot het vriespunt is gekomen. Bij grote meren kan het zeer lang duren voordat dit het geval is. Bij rivieren spelen weer andere factoren in de stroming een belangrijke rol.

Water is in beweging

Op veel plaatsen in ons land wordt de waterstand gereguleerd door bemaling. Opkomend water wordt in een uitgebreid waterstelsel van sloten, vaarten en kanalen voortdurend afgevoerd zodat de stand van het water niet te hoog wordt. Als gevolg daarvan gaat het water onder het ijs stromen en kan de ijsdikte sterk variëren., zonder dat we het zien.

Behalve de wind kun ook andere factoren een rol spelen. Zo kunnen bruggen en andere ele,menten op en rond het water ijsvorming tegengaan. Zeker beton en steen die de zonnewarmte overdag makkelijk aannemen en ‘s nachts lang vasthouden kunnen ijsvorming belemmeren. Bruigelementen boven het water kunnen de kou tegenhouden en de warmte lang vasthouden. Dat werkt dus dubbel in het nadeel.

De ijsaangroei hangt van meer factoren af dan alleen het aantal graden dat het vriest. Zo speelt ook de windsterkte, de luchtvochtigheid, de helderheid in de atmosfeer en de al gevormde ijslaag een belangrijke rol.

REKENVOORBEELD 1

Globale regel is dat bij -5 graden duurt het 6 uur voor de vorming van 1 cm ijs. Om dus 10 cm dik ijs te krijgen zou het 60 uur 5 graden moeten blijven vriezen. Dat is 2 dagen en nog een nacht.
Gaat het dus op zaterdagnacht  5 graden vriezen, dan zou je woensdag ergens kunnen schaatsen.

REKENVOORBEELD 2

Uitgangspunt 3 cm ijs
Windsnelheid 2 m/sec
Temperatuur -5 graden
IJsaangroei in 10 uur tot totaal 5,3 cm

Bij -7 graden is dat een totale dikte van 5,6 cm
Na drie nachten – 5 graden is er in dit geval een ijsvloer van 10 cm

Bronnen KNMI en natuurijswijzer.nl