Hoofdstuk 1. IJs: soorten en eigenschappen
1.1 Locaties van ijs op aarde
Al het ijs op aarde wordt samen de cryosfeer genoemd. De belangrijkste onderdelen van de cryosfeer
zijn seizoenssneeuw, bevroren grond en zee-ijs. Ze ondervinden een grote jaarlijkse gang:
verplaatsing en afbraak van deze sneeuw- en ijsmassa’s. Permafrost is bevroren grond. Een gletsjer is
een bewegende ijsmassa die gevormd wordt uit sneeuw dat op land terechtkomt. De ijskappen van
Groenland en Antarctica hebben het meeste oppervlak aan landijs en het grootste volume.
1.2 Chemische en fysische eigenschappen van ijs
Water kent drie hoofdfasen: ijs (vast), water (vloeibaar) en waterdamp (gasvormig). Op grotere
hoogtes licht het smeltpunt een klein beetje hoger en het kookpunt veel lager, doordat de luchtdruk
lager is. Als er bij atmosferische druk (standaard druk) ijs wordt gevormd,
neemt de dichtheid van de stof met 8% af. De dichtheid van ijs is dus lager dan
van vloeibaar water. Water is het enige niet-metaal dat uitzet als het naar de
vaste fase overgaat. De verschillen in dichtheid komt door de ordening van de
watermoleculen. Bij 4oC neemt de dichtheid af, doordat watermoleculen door
waterstofbruggen losse hexagonale structuren vormen. Bij 0 oC gaan deze
hexagonale structuren aan elkaar zitten en vormen zo ijskristallen. Door
hexagonale ijskristallen gebruiken de moleculen de ruimte tussen
watermoleculen minder efficiënt.
1.3 Ijs in de atmosfeer
IJskristallen kunnen gevormd worden in de wolken als de temperatuur laag genoeg is en er voldoende
vocht is. De verschillende vormen die ontstaan zijn een gevolg van een breekbare balans tussen het
vertakken van ijsafzetting op kleine verstoringen op het ‘beginkristal’ of het vlak aangroeien van
plaatjes. Wolken waarin ijskristallen zitten zijn te herkennen aan de minder scherpe wolkengrens dan
wolken met waterdruppels. Als de ijskristallen vallen, komen ze vaak in warmere luchtlagen terecht,
hierdoor gaan ze samenklonteren tot sneeuwvlokken. Als de lagere luchtlagen een hogere
temperatuur hebben dan het smeltpunt, dan zullen de sneeuwvlokken in regendruppels veranderen.
Dus regen aan de grond is vaak het gevolg van sneeuwval in de hogere atmosfeer. Alleen als de
onderste luchtlagen heel koud zijn, is er sneeuw op het aardoppervlak.
Sneeuw is een mengsel van ijs en lucht. Vers gevallen sneeuw bevat veel lucht en heeft daarom een
lage dichtheid (100 kg m-3). Onder invloed van het bovenliggende gewicht en de langzame groei van
ijskristallen, neemt de dichtheid van de sneeuwlaag toe. Een sneeuwlaag wordt dus vanzelf dunner,
zonder dat de totale massa sneeuw afneemt, dit heet inklinken. Sneeuw reflecteert goed, net als zee-
ijs en landijs. Sneeuw heeft een positieve terugkoppeling: als het kouder wordt, valt er meer sneeuw,
waardoor er meer zonnestraling de ruimte in weerkaats wordt en het weer kouder. Doordat sneeuw
veel lucht bevat, fungeert het ook als deken die de warme ondergrond isoleert van de koude
atmosfeer. Seizoenssneeuw verdwijnt in de lente weer door warmte, dit gebeurt het eerst op de
lagere breedtegraden. Op hogere breedtegraden valt er dan nog steeds verse sneeuw. De totale
sneeuwbedekking neemt dan wel af, terwijl de totale sneeuwmassa nog toeneemt. Wanneer de
bovenste lagen van de sneeuw smelten, dan dringt het smeltwater door in de diepere sneeuwlagen
die nog koud zijn. Daardoor herbevriest het water tot ijs, daar komt warmte bij vrij waardoor het
sneeuwpakket snel tot het smeltpunt opwarmt. Sneeuw kan ook sublimeren (vast -> gas), maar is
veel energie-intensiever dan smelten gebeurt daarom alleen maar in gebieden waar het te koud is
om te smelten of waar de lucht extreem droog is. Als sneeuwdeeltjes door de wind worden
opgewerveld (sneeuwdrift), kan er in hele droge gebieden of gebieden waar het te koud is om te
, smelten, sterke sublimatie optreden. Deze vorm van sublimatie is effectiever, omdat een groter
oppervlak van de sneeuwdeeltjes aan de lucht wordt blootgesteld. Tegenovergesteld kan ijs aan het
aardoppervlak ook ontstaan door depositie, dat wil zeggen de directe overgang van de gasfase
(waterdamp) naar de vaste fase (ijs). Dit noemen we rijpvorming; het gaat dan om een
massatransport van water van de atmosfeer naar het aardoppervlak.
1.4 Soorten ijs op aarde
Zee-ijs wordt gevormd door het bevriezen van zout zeewater. Tijdens het bevriezingsproces en
vorming van ijskristallen wordt het zout uitgescheiden. Als het daarna weer smelt is het zoet water.
Het zoutgehalte van zeewater neemt dus toe bij de vorming van zee-ijs en neemt weer af bij het
smelten. Deze verschillen in zoutgehalte spelen een belangrijke rol bij de thermohaliene circulatie.
Deze oceaancirculatie wordt aangedreven door dichtheidsverschillen die het gevolg zijn van
verschillen in temperatuur en zoutgehalte van water. Op plaatsen waar schotsen ijs over elkaar heen
schuiven, ontstaan drukrichels die tot 10m hoog kunnen zijn. Dit maakt reizen over het oppervlak van
zee-ijs moeilijk. Omdat het zeeoppervlak door golven en stromingen altijd in beweging is, ontstaat er
geen gladde ijsvloer. Er zijn verschillende stadia in de vorming van zee-ijs:
Grease ice - Mengsel van ijskristallen en zeewater
- Heeft een olieachtige laag op het
zeewater die de golven dempt
Pancake ice - Ronde ijsschotsen
- Door onderlinge botsingen hebben ze
een opstaande rand
- Uiteindelijk vriezen de schotsen aan
elkaar vast, waardoor een
aaneengesloten laag ontstaat, pakijs.
- Smalle kanalen van open water in het
pakijs worden leads genoemd.
- De leads kunnen door wind, golven,
getijden en stromingen het pakijs
verder laten opbreken
- Daardoor ontstaat drijfijs
Fast ice - Zee-ijs dat is vastgevroren aan land of
ijsplaten
1.1 Locaties van ijs op aarde
Al het ijs op aarde wordt samen de cryosfeer genoemd. De belangrijkste onderdelen van de cryosfeer
zijn seizoenssneeuw, bevroren grond en zee-ijs. Ze ondervinden een grote jaarlijkse gang:
verplaatsing en afbraak van deze sneeuw- en ijsmassa’s. Permafrost is bevroren grond. Een gletsjer is
een bewegende ijsmassa die gevormd wordt uit sneeuw dat op land terechtkomt. De ijskappen van
Groenland en Antarctica hebben het meeste oppervlak aan landijs en het grootste volume.
1.2 Chemische en fysische eigenschappen van ijs
Water kent drie hoofdfasen: ijs (vast), water (vloeibaar) en waterdamp (gasvormig). Op grotere
hoogtes licht het smeltpunt een klein beetje hoger en het kookpunt veel lager, doordat de luchtdruk
lager is. Als er bij atmosferische druk (standaard druk) ijs wordt gevormd,
neemt de dichtheid van de stof met 8% af. De dichtheid van ijs is dus lager dan
van vloeibaar water. Water is het enige niet-metaal dat uitzet als het naar de
vaste fase overgaat. De verschillen in dichtheid komt door de ordening van de
watermoleculen. Bij 4oC neemt de dichtheid af, doordat watermoleculen door
waterstofbruggen losse hexagonale structuren vormen. Bij 0 oC gaan deze
hexagonale structuren aan elkaar zitten en vormen zo ijskristallen. Door
hexagonale ijskristallen gebruiken de moleculen de ruimte tussen
watermoleculen minder efficiënt.
1.3 Ijs in de atmosfeer
IJskristallen kunnen gevormd worden in de wolken als de temperatuur laag genoeg is en er voldoende
vocht is. De verschillende vormen die ontstaan zijn een gevolg van een breekbare balans tussen het
vertakken van ijsafzetting op kleine verstoringen op het ‘beginkristal’ of het vlak aangroeien van
plaatjes. Wolken waarin ijskristallen zitten zijn te herkennen aan de minder scherpe wolkengrens dan
wolken met waterdruppels. Als de ijskristallen vallen, komen ze vaak in warmere luchtlagen terecht,
hierdoor gaan ze samenklonteren tot sneeuwvlokken. Als de lagere luchtlagen een hogere
temperatuur hebben dan het smeltpunt, dan zullen de sneeuwvlokken in regendruppels veranderen.
Dus regen aan de grond is vaak het gevolg van sneeuwval in de hogere atmosfeer. Alleen als de
onderste luchtlagen heel koud zijn, is er sneeuw op het aardoppervlak.
Sneeuw is een mengsel van ijs en lucht. Vers gevallen sneeuw bevat veel lucht en heeft daarom een
lage dichtheid (100 kg m-3). Onder invloed van het bovenliggende gewicht en de langzame groei van
ijskristallen, neemt de dichtheid van de sneeuwlaag toe. Een sneeuwlaag wordt dus vanzelf dunner,
zonder dat de totale massa sneeuw afneemt, dit heet inklinken. Sneeuw reflecteert goed, net als zee-
ijs en landijs. Sneeuw heeft een positieve terugkoppeling: als het kouder wordt, valt er meer sneeuw,
waardoor er meer zonnestraling de ruimte in weerkaats wordt en het weer kouder. Doordat sneeuw
veel lucht bevat, fungeert het ook als deken die de warme ondergrond isoleert van de koude
atmosfeer. Seizoenssneeuw verdwijnt in de lente weer door warmte, dit gebeurt het eerst op de
lagere breedtegraden. Op hogere breedtegraden valt er dan nog steeds verse sneeuw. De totale
sneeuwbedekking neemt dan wel af, terwijl de totale sneeuwmassa nog toeneemt. Wanneer de
bovenste lagen van de sneeuw smelten, dan dringt het smeltwater door in de diepere sneeuwlagen
die nog koud zijn. Daardoor herbevriest het water tot ijs, daar komt warmte bij vrij waardoor het
sneeuwpakket snel tot het smeltpunt opwarmt. Sneeuw kan ook sublimeren (vast -> gas), maar is
veel energie-intensiever dan smelten gebeurt daarom alleen maar in gebieden waar het te koud is
om te smelten of waar de lucht extreem droog is. Als sneeuwdeeltjes door de wind worden
opgewerveld (sneeuwdrift), kan er in hele droge gebieden of gebieden waar het te koud is om te
, smelten, sterke sublimatie optreden. Deze vorm van sublimatie is effectiever, omdat een groter
oppervlak van de sneeuwdeeltjes aan de lucht wordt blootgesteld. Tegenovergesteld kan ijs aan het
aardoppervlak ook ontstaan door depositie, dat wil zeggen de directe overgang van de gasfase
(waterdamp) naar de vaste fase (ijs). Dit noemen we rijpvorming; het gaat dan om een
massatransport van water van de atmosfeer naar het aardoppervlak.
1.4 Soorten ijs op aarde
Zee-ijs wordt gevormd door het bevriezen van zout zeewater. Tijdens het bevriezingsproces en
vorming van ijskristallen wordt het zout uitgescheiden. Als het daarna weer smelt is het zoet water.
Het zoutgehalte van zeewater neemt dus toe bij de vorming van zee-ijs en neemt weer af bij het
smelten. Deze verschillen in zoutgehalte spelen een belangrijke rol bij de thermohaliene circulatie.
Deze oceaancirculatie wordt aangedreven door dichtheidsverschillen die het gevolg zijn van
verschillen in temperatuur en zoutgehalte van water. Op plaatsen waar schotsen ijs over elkaar heen
schuiven, ontstaan drukrichels die tot 10m hoog kunnen zijn. Dit maakt reizen over het oppervlak van
zee-ijs moeilijk. Omdat het zeeoppervlak door golven en stromingen altijd in beweging is, ontstaat er
geen gladde ijsvloer. Er zijn verschillende stadia in de vorming van zee-ijs:
Grease ice - Mengsel van ijskristallen en zeewater
- Heeft een olieachtige laag op het
zeewater die de golven dempt
Pancake ice - Ronde ijsschotsen
- Door onderlinge botsingen hebben ze
een opstaande rand
- Uiteindelijk vriezen de schotsen aan
elkaar vast, waardoor een
aaneengesloten laag ontstaat, pakijs.
- Smalle kanalen van open water in het
pakijs worden leads genoemd.
- De leads kunnen door wind, golven,
getijden en stromingen het pakijs
verder laten opbreken
- Daardoor ontstaat drijfijs
Fast ice - Zee-ijs dat is vastgevroren aan land of
ijsplaten
