De natuurkunde van 't vrije veld. Deel II
(1939)–Marcel Minnaert–
Auteursrecht onbekendGeluid, warmte, elektriciteit
[pagina 209]
| |||||||||||||||||
173. IJspegels.Let eens op wanneer en waar zich ijspegels vormen, de mooie ijspegels uit de sprookjes, die ons zo onweerstaanbaar in de echte winterstemming brengen! Ze ontstaan, als sneeuw in de Fig. 77. IJspegels aan de rand van het besneeuwde dak.
zon ligt, terwijl de luchttemperatuur toch laag is; dan wordt hij langzamerhand warm door het opslorpen van straling, begint te smelten; het smeltwater dat wordt afgevoerd naar delen van het dak die in de schaduw liggen en waar er geen goot is, bevriest daar weer naarmate het aangevoerd wordt, tengevolge van de lage temperatuur van de lucht: er vormt zich een ijspegel (fig. 77a). Laten we hem eens nauwkeuriger bekijken. Er is eigenlijk | |||||||||||||||||
[pagina 210]
| |||||||||||||||||
alle reden om zich te verbazen over de spitse, bijna naaldscherpe punt waarin veel pegels eindigen; men zou denken dat ze althans even stomp moesten zijn als de waterdruppel die er onder hing toen ze bevroren. De oorzaak die de pegels scherp maakt is de verdampingGa naar voetnoot1); als men aanneemt dat er op elk punt ongeveer evenveel ijs per sekunde verdampt, ziet men het effekt ineens uit een eenvoudig tekeningetje (fig. 77b). Als de vorst lang geduurd heeft, vertoont de ijspegel dikwijls een periodieke struktuur (fig. 77c): telkens om de 8 mm ongeveer is er een lichte insnoering; en waar de pegel dan weer dikker is, zit hij vol luchtbelletjes en korreltjes aarde. Als we met een zakmes twee vlakke kanten aan de pegel schrapen en die nog met de vingers glad maken, kunnen we prachtig die inwendige bouw zien, het mooist tegen een donkere achtergrond. Deze insnoeringen komen waarschijnlijk ieder met één dag overeen: 's middags is het smeltwater overvloediger, de aangroei sneller en de luchtbelletjes hebben niet de tijd te ontsnappen: ze worden ingesloten (vgl. § 180). 's Avonds en 's ochtends gaat het langzamer en is het ijs doorzichtiger. - Om echter deze onderstelling te bevestigen zouden geregelde waarnemingen en metingen aan enkele bepaalde pegels nodig zijn. Met een polarisatietoestel vindt men dat de assen der ijskristallen in ijspegels loodrecht staan op de cylindermantel, die het afkoelingsoppervlak vormt. Ook bij de ijskorst op vijvers staan de kristallen loodrecht op het afkoelingsoppervlak, in dit geval het horizontale ijsoppervlak (vgl. § 180). Fotografeer ijspegels op anti-haloplaat tegen een donkere achtergrond (openstaande schuur, enz.). | |||||||||||||||||
174. Vensterrijp (Plaat XI)Ga naar voetnoot2).Wist u dat het ijs op onze ruiten op twee geheel verschillende manieren ontstaan kan? Als de waterdamp in de kamer tegen de koude ruit neerslaat, en daarop eerst een dun waterlaagje vormt, dat daarna door bevriezen in ijs overgaat, spreken we van vensterijs; dit zal b.v. ontstaan wanneer in de dag de temperatuur van de ruit boven 0o is, 's nachts er onder. Als echter de waterdamp rechtstreeks als rijp op de ruiten condenseert, zonder eerst vloeibaar te worden, gebruiken we het woord vensterrijp. Vensterrijp vormt zich, als de lucht in onze kamer rustig is | |||||||||||||||||
[pagina 211]
| |||||||||||||||||
en niet al te vochtig, als de temperatuur buiten tenminste enige graden onder nul is, en tenminste 3o lager dan de temperatuur in de kamer. De mooiste vormen ontstaan in onverwarmde kamers met temperaturen beneden 2o; men zoeke achtereenvolgens in verschillende vertrekken, die het een iets warmer, het ander iets kouder, het derde weer wat vochtiger zijn. Ziehier enkele der meest kenmerkende vormen; de onderscheiding der verschillende typen is natuurlijk vrij willekeurig en niet scherp.
| |||||||||||||||||
[pagina 212]
| |||||||||||||||||
Bij lichte vorst houden we een lamp of een brandende kaars dicht bij een bevroren ruit, tot er een groot stuk ruit eerst ontdooid en daarna zelfs geheel opgedroogd is. Nu nemen we de lamp weg. In de gordel gesmolten ijs om de droge plek groeien nu weldra vensterijskristallen. Dan verschijnen echte kleine vensterrijpkristallen, lijnvormig of boomvormig, in de randgedeelten van de droge vlek; en daar omheen slaat als dauw de korrelige vorm neer. Iets verder vormt zich weer vensterrijp ook opnieuw omringd door de korrelvorm. (Plaat XI, 4). Merkwaardigerwijze blijven deze waterdruppeltjes altijd op een zekere afstand van de echte vensterrijpkristallen; het is alsof deze het aanslag afstootten’ tot op wel 1 mm afstand. Dit is een zeer merkwaardig verschijnsel, dat ook bij andere kristalliserende stoffen opgemerkt is. Het is duidelijk dat de druppeltjes een grotere dampspanning hebben en voortdurend overdestilleren naar de naburige ijskristalletjes; daat slaat de waterdamp op neer, en zo is er om de groeiende rijp een zoom, waarin het gehalte aan waterdamp een snel verval vertoont (vgl. § 152). De grotere dampspanning van zeer kleine korreltjes met sterk gekromd oppervlak is een welbekend feit; het verschil zou nog sterker zijn, indien de korreltjes misschien uit onderkoeld water bestonden, dat bij een gegeven temperatuur een grotere dampdruk heeft dan ijs. Om foto's van vensterrijp te maken met een gewone camera, zet men vóór het objektief een loupe, die bijvoorbeeld een 6 maal kleiner brandpuntsafstand heeft dan het objektief. U moet dan de camera tot 2 of 3 cm van de berijpte ruit schuiven, en ziet de ongeveer 6 maal vergrote beelden op het matglas verschijnen. Zorgvuldig instellen! - Mooier worden de beelden natuurlijk met een atelier-camera die heel lang uitschuiven kan, 1 meter b.v., en een achromatisch objectief van 15 cm brandpuntsafstand. Men fotografeert binnenshuis, met een zwarte achtergrond achter de ruit. | |||||||||||||||||
[pagina 213]
| |||||||||||||||||
175. Vensterijs (Plaat XII)Ga naar voetnoot1).De wondermooie varens en bladeren en veren die ons elke winter verrukken door hun eindeloze verscheidenheid van sierlijke rondingen, zijn de gevederde vorm van vensterijs. Meestal vindt men er een hoofdstraal in, van dewelke onder hoeken van 60o talloze evenwijdige nevenstralen ontstaan; hoofdstraal en nevenstralen groeien dan verder in zachte buigingen, beginnend van de koudste delen van de ruit en telkens de daarna koudste delen zoekende. De groeirichting wordt beïnvloed door het temperatuurverloop en de dikte van het waterlaagje, ook schijnen de kristallen elkaar te vermijden. Het waterlaagje is zo dik, dat eigenaardigheden in het glas (krasjes, korreltjes) geen invloed hebben op de groei der ijsveren, en dat deze na elk ontdooien weer in geheel nieuwe vormenrijkdom verschijnen. Als de lage temperatuur aanhoudt, worden de vedervormen soms zeer dik en bedekken zich met een korrelig aanslag, of zelfs met rijpachtige plaatjes en zuiltjes. Wie gewoon is aan de strakke vormen der gekristalliseerde delfstoffen verwondert zich allicht over de gebogen lijnen; bedenk echter dat elk der afzonderlijke ijskristalletjes, waaruit de veder is opgebouwd, heel klein is en zonder twijfel recht; in hun samenvoeging is er speling en zullen er allerlei overgangen zijn van de volkomen ordeloosheid tot de volmaakte regelmaat, waarbij alle kristalletjes zich tot één enkel groot kristalgeheel hebben verenigd. De bekoring van de vensterijsvormen berust juist op de geheimzinnige neiging tot parallelstelling der kristalletjes, die men overal voelt, en die toch nergens geheel overheerst. Een tweede vorm van vensterijs is de struikvorm, veel minder in het oog vallend, maar niet minder sierlijk. Deze kristallen groeien veel langzamer. Het fotograferen van vensterijs kan dikwijls met een gewone camera geschieden; al komt men zo dicht mogelijk bij de ruit, toch is het beeld dan nog veel kleiner dan het objekt. Zwarte achtergrond. | |||||||||||||||||
176. IJsarborescenties op de straatstenenGa naar voetnoot2) (fig. 78).Als de straatstenen een weinig nat zijn geworden van de regen, en er komt vorst en wind, kan men soms mooie arbores- | |||||||||||||||||
[pagina 214]
| |||||||||||||||||
centies zien ontstaan op de vlakke plavuizen en op de asfaltwegen. Het verschijnsel komt vooral voor wanneer de stenen een weinig modderig zijn; in een bepaald geval was het alleen te zien in de straten die evenwijdig aan de windrichting liepen. Soms lukt het, door een blad papier op de ijsfiguren te leggen en zacht met een tampon te drukken, een goede copie van de arborescenties te verkrijgen. In een door mij waargenomen geval waren de figuren 5 tot 15 cm groot, en bestonden uit ijsbandjes van 2 tot 5 mm breed, een weinig overlangs gestreept, Fig. 78. IJsarborescenties op het oppervlak van de weg (nauwkeurig nagetekend).
die zich ongeveer 1 mm boven het wegdek verhieven. Dit ijs was donker gekleurd (door verontreinigingen), en tekende zich daardoor af op de lichtere omgeving. Op sommige plaatsen zag men duidelijk 6-armige sterren, zij het ook vrij onregelmatig vervormd; op een paar van de takken hadden zich nieuwe knooppunten gevormd, waarvan weer andere stralen uitgingen. Elders was de zesstraligheid niet meer te herkennen, en bogen de vertakkingen sierlijk om. Weer elders maakte het de indruk, alsof de grond verdeeld was in veelhoekige cellen, meestal 6-hoekig; de inhoud van ieder celletje was donkerder dan de lichte afgrenzingen, en in die donkere vlek had zich de arborescentie gevormd. Het was duidelijk dat de arborescentie alle vochtigheid naar zich toe trok; ook volgens andere berichten blijkt dat de grond tussen de arborescenties vrijwel vrij van vochtigheid was. In andere gevallen viel het mij op dat de vormen verschillend waren al naar de aard van het wegdek, maar steeds even verrukkelijk rank. Het is duidelijk dat de wind bij dit verschijnsel een belangrijke | |||||||||||||||||
[pagina 215]
| |||||||||||||||||
rol speelt; veel minder begrijpelijk is de hem toegeschreven invloed bij de vorming van vensterijs, aangezien dit aan de binnenkant der ruiten ontstaat. | |||||||||||||||||
177. IJszuiltjes.Ga naar voetnoot1)Merkwaardige ijsvormingen van enkele cm grootte, die zich vlak onder het oppervlak van de grond vormen en de aarde een weinig oplichten. Een regenperiode, gevolgd door zonnige dagen en rustige, heldere nachten, waarin de afkoeling door straling geschiedt, zijn het gunstigst voor deze ijsvorming. Meestal ontstaat ze slechts zeer plaatselijk, dikwijls op hellingen die naar het Noorden gericht zijn, in wagensporen of op plaatsen waar het water niet goed kan weglopen, op poreuze grond die niet begroeid is, maar met wat stof, vuil en keitjes bedekt is; ik heb ze op zandgrond bij Bilthoven eenmaal waargenomen. De ijsvormingen zijn moeilijk te herkennen; men bemerkt alleen dat de aarde er sponsachtig, bloemkoolachtig uitziet, en moet het laagje aarde verwijderen om de ijslaag te bemerken. Deze bestaat uit vertikale vezels, alle evenwijdig aan elkaar gericht op de wijze van de vezels in asbest. De individuele vezels zijn slechts 0,4 mm dik bijvoorbeeld. Gewoonlijk zijn er verschillende lagen boven elkaar, gemakkelijk van elkaar te scheiden; men heeft kunnen nagaan hoe er elke nacht een nieuwe laag bij kwam. Aan de grenslagen is het ijs wit, ondoorzichtig, terwijl het overigens doorzichtig en helder is. De grootste dergelijke vormingen die men ooit heeft waargenomen bereikten een hoogte van 20 cm. Soms steken enkele zuiltjes boven het algemeen niveau uit; in een bepaald geval scheen dit telkens het geval te zijn als er een zaadje van een composiet (Senecio?) onder lag.Ga naar voetnoot2) Andere malen staan bijna alle zuiltjes los van elkaar als pijlers, bogen, miniatuurruïnes die een allersierlijkste indruk maken (fig. 79). Of de ijszuiltjes ontstaan niet uit de aarde, maar uit afzonderlijke stukjes krijt, kalkmergel, baksteen, as, zelden op keien; ook dan bestaan ze soms uit verschillende verdiepingen (blijkbaar één voor elke dag), ze zijn tot 5 cm hoog en 8 mm dik, meest recht, gestreept, soms hol. Soms dragen ze elk een keitje op | |||||||||||||||||
[pagina 216]
| |||||||||||||||||
hun top. Eenmaal zag men ze als lange draden opschieten uit schijnbaar zeer vast cement.Ga naar voetnoot1) Wat is de vormingswijze dezer eigenaardige objekten? Er kan geen twijfel aan zijn dat ze ontstaan door een voortdurend Fig. 79. IJszuiltjes, gevormd op een grintweg. Bij 4, 7, 8 ziet men hoe aarde en keitjes door het ijs opgelicht zijn. Op ware grootte, naar tekeningen van Scoresby, Edinb. new Philos. Journ. 48, 1, 1849.
bevriezen van water, dat steeds nieuw wordt toegevoerd; maar bewezen is, dat de uitzetting bij het bevriezen geen rol speelt in het omhoogpersen der zuiltjes. Willen de vezels zich mooi ontwikkelen, dan mag de grond zelf niet bevroren zijn, anders wordt de verdere watertoevoer daardoor tegengehouden en groeien de vezels niet meer. Dit is mogelijk, doordat het vriespunt van water in de fijne capillaire tussenruimten van de grond tenminste 1o lager dan normaal ligt, en het water daar dus vloeibaar kan blijven terwijl het aan de oppervlakte stolt. De vezelige laag is slechts zeer los met de aarde verbonden; als men ze ervan losmaakt en aandachtig waarneemt, kan men opmerken hoe de dikste ijsvezels één voor één met duidelijk zichtbare gaatjes in de grond overeenkomen. Iemand, die de ijsvezels met het polarisatiemikroskoop bekenen heeft, beweert, | |||||||||||||||||
[pagina t.o. 216]
| |||||||||||||||||
 PLAAT XII.
Vensterijs. 1, 2, 3, 4, 5. Gevederde vormen. - 6. Struikvorm. Naar Bentley, M.W.R. 35, 348, 1907. | |||||||||||||||||
[pagina 217]
| |||||||||||||||||
dat ze niet dubbelbrekend zijn, maar isotroop.Ga naar voetnoot1) Dit zou kloppen met vorige verklaring: de vezelstruktuur is niet ontstaan door een molekulaire gerichtheid, door een groei van kristalnaalden, maar door het mechanisch omhoogpersen van het water door de poriën der aarde; de kristalassen zelf kunnen allerlei oriënteringen hebben. | |||||||||||||||||
178. IJsvezels aan takken.Ga naar voetnoot2)Aan de oppervlakte van dorre boomtakken en verdroogde stengels bemerkt men soms ijsvormingen die een zeer verschillend voorkomen kunnen hebben, maar toch altijd ontstaan zijn doordat ijs uit de poriën en houtvaten van het hout naar buiten geperst is bij het bevriezen, terwijl voortdurend nieuw water werd aangevoerd.
| |||||||||||||||||
[pagina 218]
| |||||||||||||||||
Men kan gemakkelijk bewijzen dat de ijsvlaggen niets te maken hebben met rijp, doch van binnen uit ontstaan. 1. Zij vormen zich ook onder mos en bladeren. 2. Beschilder de stengel met een oplossing van asfalt in benzol: het ijs licht het zwarte laagje op. 3. Dikwijls licht de ijsvorming reepjes schors op. 4. De hoeveelheid ijs die zich aan de stengels ontwikkelt hangt niet samen met de overvloedigheid van de rijp. 5. De gevormde hoeveelheid is veel te groot om ze als rijp te kunnen beschouwen. Ook kan men laten zien dat het ijs niet ontstaat uit bevroren sap van de planten, maar uit gewoon water dat capillair opgestegen is. 1. Het ijs heeft geen smaak. 2. Een stuk stengel, te voren bevochtigd, in een glas water dompelend en in de koude lucht geplaatst (b.v. bij - 4o), ontwikkelt langzamerhand ijsdraadjes, dan een ijsvlaggetje; er hoeven geen wortels aan de stengel te zitten, hij kan zelfs al geruime tijd verdroogd zijn. De vlaggetjes ontstaan altijd aan dezelfde zijde van de stengel, n.l. daar waar de houtvaten het dichtst bij het oppervlak liggen. Er is dus geen twijfel aan dat het water langs deze vaten naar de vlaggetjes wordt gevoerd; hun vezelige bouw is dan ook direkt begrijpelijk. Het krullen is eenvoudig te verklaren doordat de ene zijde allicht iets sneller groeit dan de andere. Voor de vorming is een temperatuur in de buurt van het vriespunt gunstig, gepaard aan heldere nachten met sterke | |||||||||||||||||
[pagina 219]
| |||||||||||||||||
uitstraling; soms was de dooi al overal begonnen wanneer er nog een tak met ijsvezels gevonden werd. Het water kan blijkbaar aan de oppervlakte door straling en door verdamping tot bevriezen komen, terwijl er in de stengel nog water is, dat voortdurend blijft toevloeien naarmate de bovenlaag bevriest. De gehele vormingswijze vertoont een nauwe gelijkenis met die der ijszuiltjes (§ 177), er is m.i. geen twijfel aan dat men beide verschijnselen als een geheel moet bestuderen. Wegener (t.a. pl.) heeft opgemerkt dat na het smelten van de door hem gevonden ijsvezels een fijn meeldauw-achtig waas op het oppervlak van de tak overbleef: het bleken zwamdraden te zijn van een kleine ascomyceet, een soort schimmel, die de gehele tak doordrongen. Hij oppert de veronderstelling dat deze zwam een aktieve rol speelt bij de vorming der ijsvezels. Hoewel deze theorie zeer onwaarschijnlijk lijkt, is het zaak alles op te merken wat hierop licht kan werpen. | |||||||||||||||||
179. De eerste stadia der ijsvorming (Plaat XIII)Ga naar voetnoot1).Het is wel merkwaardig hoe we honderden malen in ons leven opmerken dat water in ijs veranderd is, terwijl de meesten onzer het bevriezen nooit voor hun ogen hebben zien gebeuren! Op een koude wintermorgen plaatsen we een kom water buiten, vlak bij ons raam, en daarin een spiegel waarin we het licht van de hemel teruggekaatst zien. Nu kunnen we van uit onze gezellig-warme kamer het wondermooie verschijnsel volgen tegen een achtergrond van stralend licht. Als we ook een thermometer in het water hebben gezet, weten we bovendien precies wanneer we moeten beginnen op te letten. Het bevriezingsproces geschiedt aldus. - Eerst vormen zich op het oppervlak een aantal afzonderlijke sterretjes en naaldjes. Ze groeien, sluiten zich aaneen tot een samenhangend laagje dat langzaam dikker wordt. Van dit laagje schieten kristallen naar beneden. Tevens vormen zich daaronder andere kristalletjes in het vrije water, die door hun kleiner soortelijk gewicht naar boven komen, en samengroeien met de kristallen der oppervlaktelaag. Het is ons om het eerste stadium van dit proces te doen. Verrassend is de verscheidenheid van grote en kleine kristalvormen die we op het oppervlak zien verschijnen. (Plaat XIII, 3). Naaldjes vormen zich meestal het eerst, dikwijls van de randen van de kom uitschietend, en zich verbredend tot lobben en vertakkingen. | |||||||||||||||||
[pagina 220]
| |||||||||||||||||
Schijfjes ontstaan als uiterst dunne, zuiver ronde ijsplaatjes van allerlei grootte, dikwijls groeien ze uit tot lobben en stralen en gaan over in zesstralige ijsbloemen. Zeshoekjes maken een dergelijke ontwikkeling door als de schijfjes, maar zijn van 't begin af zeskant. Bloempjes beginnen met een klein zeshoekig sterretje, en vertakken en versieren zich dan meer en meer. Boogvormen, recht aan één kant, gebogen aan de andere zijn zeer kenmerkend voor het bevriezingsproces. Koraalvormen, gaan van een naald of schijfje uit, en vertakken zich grillig over het oppervlak. Al deze vormen hebben zachte, afgeronde omtrekken, veel minder scherp dan de sneeuwkristallen. Ze verschijnen grillig door elkaar, zonder dat iemand zeggen kan waarom zich hier het ene, daar het andere ontwikkelt. Hun vlakken zijn evenwijdig aan het wateroppervlak, hun as loodrecht erop; als ze gevormd worden zijn ze misschien 0,1 mm dik en 0,5 tot 5 mm groot. Gebruik dus de loupe! Hoe kouder het buiten is, hoe kleiner de kiemen zijn. Door voorzichtig de omringende kristallen weg te scheppen, kan men de vrije ontwikkeling van bepaalde interessante typen bevorderen. Tik tegen de kom of schud: er vormen zich honderden nieuwe kleine kiemen. Het is ook leuk om twee gelijke kommen water naast elkaar te stellen; als ze naaldjes beginnen te vormen laat men de eerste rustig staan in een windstil hoekje, en roert voortdurend in de tweede. De eerste bevriest min of meer over zijn gehele oppervlak tegelijk, de tweede begint aan de randen van het vat te bevriezen, waar de ijsnaaldjes zich kunnen vasthechten.Ga naar voetnoot1) | |||||||||||||||||
180. IJsvorming op stilstaand water.Als het gaat vriezen koelt het water geleidelijk af, en wel het eerst aan het oppervlak; dat koudere water is het zwaarste en zakt naar beneden. Is echter eenmaal een temperatuur van 4o bereikt, dan gaat dit niet meer door, aangezien water beneden 4o weer lichter wordt en bovendrijft. Tenslotte is dus het water in de diepte tot ongeveer 4o, aan het oppervlak tot 0o afgekoeld. Nu ontstaat ijsbedekking, doordat ijsnaalden van de oever uitschieten, geleidelijk naar het midden toe groeien en een samenhangende laag vormen. Het is de moeite waard er zich | |||||||||||||||||
[pagina 221]
| |||||||||||||||||
rekenschap van te geven, waarom het ijs zich vroeger vormt op de ene plaats dan op de andere. In een rivier verschijnt het later dan in een sloot, omdat in het eerste geval veel meer water af te koelen is, en de stroming voortdurend de verschillende lagen dooreenmengt. Onder een brug komt het later en blijft het dunner: vooreerst is daar een sterkere stroming tengevolge van de vernauwing, en daarenboven is de uitstraling er geringer en de verdamping langzamer. De twee laatste faktoren zijn
 Fig. 81. IJsvorming op een sloot. a. heldere en donkere lijnen in het ijsdek; b, d, doorsnede daarvan; c. vormingswijze.
het ook die verklaren waarom dikwijls een sloot geheel met ijs bedekt is, uitgezonderd daar waar hij onder de dichte takken van enige struiken verborgen is. Meestal is het ijs nabij de oevers witter, in het midden daarentegen donkerder en doorzichtiger. Men ziet duidelijke lijnen, die aangeven tot waar het water op een gegeven ogenblik bevroren was, en hoe de ijsvorming dan verder is voortgeschreden; waar er bosjes waterplanten staan krommen de ijslijnen, alsof die waterplanten bij de oevers behoorden (fig. 81a). Komt iedere gordel met een etmaal overeen (sterkere vorst 's nachts, verandering van het waterpeil)? De verschillende helderheid van de gordels kan op twee manieren ontstaan: 1. In het water is er altijd lucht opgelost, die bij de ijsvorming vrijkomt; als zich het ijs langzaam vormt, worden de belletjes weggedrukt en het ijs ziet er doorzichtig uit; als het ijs snel bevriest worden de belletjes ingesloten en het ijs ziet er wit uit, omdat veel lichtstralen tegen die belletjes teruggekaatst worden.Ga naar voetnoot1) 2. We halen | |||||||||||||||||
[pagina 222]
| |||||||||||||||||
een stuk ijs uit de sloot en bekijken de onderkant: wat we als een lijn zagen blijkt overeen te komen met een verdikte lijst die in het water hangt (fig. 81b). Nabij de oevers zit er dikwijls lucht onder het ijs, dat dan grijswit lijkt, omdat de lichtstralen voor een aanzienlijk gedeelte terugkeren; in het midden echter en bij de verdikte lijsten raakt het ijs aan 't water en is het doorzichtiger. In andere gevallen zijn de dikkere lijsten juist witter door de aanwezigheid van een aantal kleine luchtbelletjes. Zulke lijsten in het ijs ontstaan tengevolge van dalingen van het waterpeil, als er bij de oever luchtholten komen terwijl het vriezen blijft doorgaan (fig. 81c); de randen van het ijs worden dan niet meer dikker, terwijl de meer centrale delen nog aangroei vertonen.Ga naar voetnoot1) Is deze verklaring juist, dan moeten de lijsten hun steilste zijde naar de oever keren. Moeilijker te begrijpen is, hoe er zich ook knobbels onder aan het ijs kunnen vormen, dikwijls met spitse knikken in de lijsten overeenkomend (fig. 81d). Meestal loopt er boven zulk een knobbel een breukvlak evenwijdig aan de oever.Ga naar voetnoot2) | |||||||||||||||||
181. Luchtbellen in het ijs.Bijna altijd ziet men aan bevroren sloten of singels hoe een aantal luchtbellen in het ijs ingesloten zijn. Meestal zijn er telkens verscheidene nauwkeurig boven elkaar in vertikale rijtjes. Men kan onderstellen dat de lucht afkomstig is van enkele zeer bepaalde punten van de bodem, waar de bellen geregeld, de ene na de andere, opstijgen; het lijkt echter uiterst onwaarschijnlijk dat ze dan zo nauwkeurig onder elkaar komen te liggen. Het schijnt veeleer dat bij het groeien van een ijslaag voortdurend de in het water opgeloste lucht vrijkomt, en dat er bepaalde punten zijn waar dit gemakkelijker gebeurt dan elders, zodat de reeksen luchtbelletjes de richting aangeven waarin het bevriezen voortgeschreden is (Vgl. nog § 184). Op een keer dat er plotseling felle vorst was ingevallen, zag men de Oude Gracht te Utrecht met ijs bedekt, en kon men overal opmerken hoe de luchtbellen rijen vormden in de stroomrichting; zulk een rij bellen was wel een meter lang, de bellen maten enkele mm tot 5 cmGa naar voetnoot3). Om deze raadselachtige verschijnselen beter te begrijpen, zouden we gaarne weten waaruit de bellen bestaan. Is het moeras- | |||||||||||||||||
[pagina 223]
| |||||||||||||||||
gas (methaan, CH4), dat zich uit de bodem ontwikkelt? Of is het lucht die in het bevriezende water opgelost was en er uitgedreven werd? - Er zijn gevallen bekend waarin men het ijs met een naald heeft doorgeprikt op de plaats van een grote bel, en dan het ontsnappende gas kon aansteken: er was dan geen twijfel meer, het was moerasgas. Ik geloof echter dat in veel andere gevallen de bellen uit lucht bestaan, en denk daarbij aan de talloze luchtbelletjes die in kunstijs zijn opgesloten. | |||||||||||||||||
182. De bouw van een dikke ijslaag.Ga naar voetnoot1)We hakken een stuk ijs uit, dat zich op stilstaand water gevormd heeft, en maken er een mooie dwarse doorsnede van die we met een mes en daarna met de vinger glad polijsten. Het ijs blijkt te bestaan uit verschillende lagen evenwijdig aan het oppervlak, sommige helder doorzichtig, andere melkwit; de witte lagen liggen vooral in de bovenste helft. Aan oud ijs kan men bij goede belichting waarnemen, dat de doorzichtige lagen uit een soort van onregelmatige cellen opgebouwd zijn, de celwanden merendeels loodrecht op het oppervlak staande. De witte lagen zijn gekenmerkt door duizenden luchtbelletjes of liever luchtcylindertjes, alle loodrecht op het oppervlak gericht; in de ene laag zijn deze luchtholtetjes meer bolrond, in de andere meer langgerekt. Dit is lucht die eerst in het water opgelost was, en er door het bevriezen uitgedreven is. Hoe sneller het bevriezen, hoe meer luchtbuisjes: vandaar dat het ijs van de vijvers er meer bevat dan dat van snel stromend water. Bentley onderstelt, dat de onregelmatige uitzetting of samentrekking van het ijs de lucht perst in spleten en breukvlakjes, waarvan de weerstand het geringst is, en waarvan we weten dat ze dikwijls loodrecht op het oppervlak staan. Toch lijkt die verklaring onbevredigend: bekijkt men de cylindertjes met het vergrootglas, dan ziet men hoe verscheidene daarvan in elkanders verlenging liggen en blijkbaar samenhoren; men kan de omtrek van het oorspronkelijke kanaal nog zwakjes onderscheiden. Het zijn dus geen spleten die in het ijs voorkomen, maar lange buisjes die over hun gehele lengte even wijd blijven. In die buisjes zou de lucht zich onder druk bevinden; brengt men het stuk ijs enige tijd in het zonlicht of in de warmte, dan zouden de buisjes langer worden(?). Persoonlijk maak ik mij het volgende beeld: als de ijslaag | |||||||||||||||||
[pagina 224]
| |||||||||||||||||
nog zeer dun is, draagt ze aan haar onderkant een aantal luchtbelletjes; op die plaatsen groeit ze praktisch niet aan, daarnaast wordt ze dikker en dikker, uit de stollende lagen wordt telkens nieuwe lucht geperst die zich bij voorkeur daar verzamelt waar er al een luchtholte was; zo vormen zich luchtcylindertjes loodrecht op het oppervlak. Af en toe kruipt er capillair wat water in deze buisjes, zodat ze niet continu doorlopen, maar telkens weer onderbroken worden. De gehele theorie van het ontstaan dezer merkwaardige vormingen schijnt nog zeer onzeker. Wat des te opvallender is, daar men ze dagelijks ziet aan ieder willekeurig blok ijs, kunstmatig of natuurlijk! | |||||||||||||||||
183. De ijslaag als mozaiek van kristallieten.Neem een plaat ijs die zich op het stilstaand water van een vijver gevormd heeft, op een windstil plaatsje en zo langzaam mogelijk. Werp loodrecht op het oppervlak een kegel zonlicht met behulp van een loupe of een dubbelbol brilleglas. Het is opvallend hoe langzaam het ijs smelt in de felle stralen: eenvoudig omdat een groot gedeelte van de bundel dwars door het ijs dringt en niet opgeslorpt wordt. Maar weldra begint het smelten, in de buurt van kleine stipjes in het ijs (‘luchtbelletjes’?). Ieder stipje omringt zich met een sierlijk zesstralig sterretje, dat goed te zien is als men de bestraling even onderbreekt en nu de loupe gebruikt om naar het ijsplaatje te kijken; liefst moet de achtergrond half donker, half licht zijn, zoals b.v. de dakenlijn der huizen in de verte. Sommige stukken ijs vertonen het heel mooi, andere veel minder duidelijk. In 't midden zit een belletje, blijkbaar ontstaan doordat het smeltende ijs samentrekt en als water een kleiner volume inneemt. In rustig gevormd ijs zijn alle sterretjes evenwijdig aan het wateroppervlak, en alle stralen gelijk gericht. Dit bepaalde gebied van de ijsplaat bestaat dus eigenlijk uit een enkel, groot kristal (Plaat XIII, 1 en 2). Sla kort en krachtig met een hamer op ijs dat zich in rustige omstandigheden gevormd heeft: het barst dikwijls volgens een zesstralige ster: weer een bewijs dat in dit gebied het ijs één enkel kristal vormt, met één enkel stelsel splijtvlakken. In naburige punten zijn de splijtrichtingen dezelfde, maar iets verder zijn ze ineens weer anders georiënteerd. Men kan aldus | |||||||||||||||||
[pagina t.o. 224]
| |||||||||||||||||
 PLAAT XIII.
De struktuur van het ijs. 1. 2. Smeltfiguren in een dikke ijslaag (§ 183). - 3. De eerste stadia der ijsvorming op bevriezend water: schijfjes, bloempjes, boogvormen. 4. Water in een ondiepe schotel, bevroren. Naar W.A. Bentley, M.W.R. 35, 348, 1937. | |||||||||||||||||
[pagina 225]
| |||||||||||||||||
opzoeken welke gebieden samen tot eenzelfde kristal behoren. Voor ijs dat gevormd is bij windstilte en temperaturen om het vriespunt, vindt men dat het mozaiek bestaat uit elementen van ongeveer 65 cm middellijn. In sommige gevallen kan men dit mozaiek van kristallieten rechtstreeks waarnemen. Dit gelukte mij eenmaal te Bilthoven, bij een sloot die bij volkomen windstil weer bevroren was; in de dag straalde de zon en 's nachts vroor het. Men kon zien dat het ijsoppervlak op vele plaatsen bestond uit een aantal onregelmatige 6-stralige sterren, 10 tot 20 cm groot, die in elkaar grepen, en gescheiden waren door een duidelijke bochtige lijn; er kon dus inderdaad van een mozaiek gesproken worden. Deze bijzonderheden waren het best te zien aan de grens der weerspiegeling van donkere en heldere voorwerpen. Een ander dergelijk geval werd door Professor Dr. van Arkel waargenomen aan vennen te Oisterwijk. In de richting van de laagstaande zon kijkend zag men hoe de gehele ijsvlakte een moiré vertoonde en samengesteld bleek uit helderder en donkerder velden, die van 1 tot 3 m groot waren. Bij het smelten zijn er fijne ribbeltjes op het grondvlak gevormd, in een richting bepaald door de oriëntering van de kristallen, en het licht wordt sterker of zwakker teruggekaatst al naar gelang het meer loodrecht op die ribbels of meer evenwijdig eraan invalt. Het is op grote schaal hetzelfde verschijnsel dat men waarneemt aan gegoten metalen, die bij etsing door een moiré verraden hoe zij uit kristallieten zijn opgebouwd. Waar het water minder rustig is, of in ondiepe plassen langs de weg, is er geen sprake meer van zulk een regelmatige opbouw. Dikwijls kan men daar zien hoe grote, centimeters lange ijsnaalden in allerlei richtingen door het water groeien; er is dan geen gelijke oriëntering meer, de kristallieten blijven klein en dringen op de meest verwarde wijze tussen en over elkaar. | |||||||||||||||||
184. Proeven met ijs.
| |||||||||||||||||
[pagina 226]
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
185. Draagkracht van ijs.Goed ijs van 4 tot 5 cm dikte draagt een man, 9 cm een ruiter, 14 cm een wagen met vee; 15 tot 20 cm draagt veldartillerie; de zwaarste wagens en een grote mensenmenigte zijn veilig bij een dikte van 27 cm; 45 cm zou een spoortrein dragen. De grootste dikten ‘gezond ijs’ die in Holland gemeten zijn | |||||||||||||||||
[pagina 227]
| |||||||||||||||||
schijnen niet meer dan 30 cm te bedragen. Hierbij zijn dus niet meegerekend: hopen kruiende ijsschotsen, een dikke sneeuwlaag, enz. | |||||||||||||||||
186. Smelten van ijs onder bladeren.Een sloot is met ijs bedekt, en er liggen hier en daar afgevallen bladeren op; de zon schijnt. Nu merkt men op, dat ieder blad in een holtetje van het ijs gezonken is, gemiddeld 1 cm diep. Het is duidelijk dat elk blad de zonnestralen opslorpt, meer dan ijs dit doet: vgl. een dergelijke proef Fig. 82. Merkwaardige smeltfiguren van een ijslaag om dorre bladeren
met sneeuw (§ 161)! Een andere maal was elk dezer uithollingen gevolgd door een minder diepe, langwerpige uitholling in het ijs (fig. 82). De gehele sloot vertoonde honderden van die inzinkingen, alle gericht in de lengterichting van de sloot, alle enkele mm diep en met water gevuld, alle met een blad of een ander vast voorwerp bij het uiteinde. Het was niet geheel duidelijk of de richting der holten bepaald was door de windrichting of door de stroming; men kan zich misschien voorstellen dat het dorre blad door de zonnestraling warm wordt, het ijs doet smelten, en dat het warmere smeltwater door de wind voortdurend naar de éne zijde gedreven wordt. | |||||||||||||||||
187. Smelten van ijs op de winkelruiten.Het vriest. De ruiten der winkels zijn gelijkmatig met een dunne ijslaag bedekt, maar op bepaalde plaatsen is het ijs gesmolten in doorzichtige, ellipsvormige vlekken die merkwaardig scherp begrensd zijn. - Verklaring: bij de verwarming van de winkel behoort ook het leiden van warme lucht langs de ruiten; zij stijgt op door spleetvormige openingen aan de onderkant van de ruit. Elke smeltvlek komt nauwkeurig overeen met een verwarmingsopening onder aan het vensterkozijn. | |||||||||||||||||
188. Sporen van waterdruppels in het ijs.Een miniatuurvijvertje in het bos, bevroren met een laagje ijs van ongeveer 8 mm dikte; aan de oever enkele elzeboompjes, hun takken hangen over het ijs. Er is de laatste dagen af en toe | |||||||||||||||||
[pagina 228]
| |||||||||||||||||
sneeuw gevallen; nu is de lucht blauw en de zon schijnt. Temperatuur: - 1o. Onder de boompjes hebben zich in het ijs merkwaardige sporen gevormd van ongeveer 3 cm middellijn. Het ijs, dat overal elders witachtig is en met luchtbelletjes gevuld, heeft daar een donkerder kleur en is vrij Fig. 83. Doorsnede van een ijslaag op een plaats waar voortdurend druppels vallen.
van luchtbellen, terwijl het ijs er om heen een dikkere gordel vormt (fig. 83 geeft weer wat men ziet als men het ijs dwars door zulk een ‘krater’ breekt). Blijkbaar is de sneeuw op de boomtakken in de zon gesmolten, en zijn er van bepaalde plaatsen waterdruppels afgedropen op het zich vormende of reeds gevormde ijs. Misschien hebben zij het plaatselijk doen smelten, en is het daarna weer bevroren; of misschien hebben zij gedurende het bevriezen geregeld de luchtbelletjes weggedreven? Zeker is echter dat het opspattende water de ringwal gevormd heeft. Onwillekeurig denkt men aan het ontstaan der maankraters, waarvan sommigen aannemen dat ze gevormd zijn door meteoorstenen, vallend in een aan de oppervlakte gestolde massa! | |||||||||||||||||
189. Opvriezen.Ga naar voetnoot1)In leemgrond komt het dikwijls voor, dat steenblokken na een periode van vorst gevolgd door dooi, een eindje opgelicht zijn en zich nu hoger bevinden dan ze oorspronkelijk waren, terwijl ze ook los zijn geraakt van de hen omgevende grond. Het verschijnsel is in noordelijke landen zeer opvallend, maar ook bij ons waar te nemen; men kijke een uur na zonsopgang, direkt na het invallen van het dooiweer. Het verschijnsel is nauw verwant aan de vorming van ijszuiltjes (§ 177). | |||||||||||||||||
190. IJsvorming op grote rivieren.Ga naar voetnoot2)Het ijs vormt er zich later dan op stilstaand water: 1. verscheiden onzer rivieren voeren water aan uit zuidelijke streken, waar het warmer is; 2. de stroming roert de watermassa dooreen | |||||||||||||||||
[pagina 229]
| |||||||||||||||||
en bemoeilijkt daardoor het bevriezen (§ 180). Blijft echter de vorst aanhouden, dan is op een gegeven ogenblik de temperatuur van het water vrijwel overal tegelijk tot 0o gedaald, zowel op de bodem als aan het oppervlak; de temperatuurverschillen zijn niet veel meer dan ± 0o,4. Zodra het vriespunt bereikt is vormt zich ijs: van onderkoeling is geen sprake, zelfs bij snel invallende strenge koude daalt het rivierwater nooit meer dan enkele 0o,001 onder nul eer het bevriest. De eerste ijsnaaldenGa naar voetnoot2) (‘frazil-ice’) vormen zich 's nachts aan het oppervlak, waar de afkoeling door straling het grootst is; maar ze worden weldra door alle lagen heen geroerd. 's Ochtends verdwijnen ze weer. Waar de ijsnaalden drijven wordt de vorming van rimpelingen door de wind belemmerd en lijkt het water olieachtig, sommigen zeggen dat het van kleur veranderd is; troebel water wordt opvallend helder, ‘doordat alle stofjes met ijskristalletjes omringd zijn’(?). De volgende avond ontstaat er al meer ijs. De vele ijsnaalden die in het water zweven hebben de neiging overal aan te plakken. Bij elektrische centrales verstoppen ze de roosters en soms zelfs de turbines. Op ondiepe plaatsen gaan ze aan de bodem vastzitten, en vormen grijsgele stukken ijs, gemengd met rivierzand of grint: het is het beroemde grond-ijs (Grundeis, anchor ice, glace de fond). Soms is het water zo helder, dat men dit grondijs als struiken of zeewier op de bodem kan zien. Sommigen weten te vertellen dat het zich beter vormt op donkere delen van de bodem dan op lichtgekleurde, dat het alleen bij heldere lucht en nooit onder bruggen ontstaat: deze onvoldoende gestaafde beweringen zijn toe te schrijven aan het geloof, dat de uitstraling van de bodem dwars door het water merkbaar tot zijn afkoeling bijdraagt - welk geloof echter van elke redelijke grond ontbloot is. Het schijnt, dat een zeer kleine temperatuurverhoging van de bodem al voldoende is om het grondijs los te maken; vandaar dat 's ochtends bij zonneschijn dikwijls veel grondijs opstijgt,Ga naar voetnoot1) soms zoveel, dat telegraafkabels erdoor werden opgelicht. Het grondijs is sponsachtig en zacht, men ziet duidelijk dat het niet eigenlijk ter plaatse gevormd is. Langzamerhand verschijnen dunne scholletjes die met de stroom meedrijven. Ze worden elke dag groter. Nu gaan ze tegen | |||||||||||||||||
[pagina 230]
| |||||||||||||||||
elkaar stoten, ronden elkaar af, gaan hier en daar om hun as draaien en worden aldus nog volkomener rond; door de botsing krijgen ze witte randen, waar het ijs telkens stuk gedrukt is, en de lucht in ontelbare barstjes doordringt. Dat is het zogenaamde pannekoeken-ijsGa naar voetnoot2), dat algemeen voorkomt overal waar grote rivieren ijsschotsen vervoeren; de ‘pannekoeken’ lijken veeleer op Limburgse vlaën met een verdikte rand, en hebben middellijnen die al naar de gevallen van enkele decimeters tot enige meters kunnen bedragen. Verscheidene schollen vriezen aaneen tot ‘vellen’. Als de waterstand niet zeer hoog is, gaan die ijsplaten soms in een bocht van de rivier of tegen de pijlers van bruggen ‘zitten’, en er vormt zich een ijsdam, die een paar meter hoog kan worden. Het is een vreemd gezicht; de dam houdt alle schollen tegen, en stroomafwaarts is de rivier bijna ijsvrij, terwijl de waterspiegel er duidelijk lager is dan stroomopwaarts. Merkwaardig en indrukwekkend is het loskomen van zulk een dam bij dooiweer! Bij gering verval verloopt het begin der ijsvorming enigszins anders: de zwevende ijsnaalden groeien van de oever naar het midden der rivier en bedekken langzamerhand het gehele oppervlak, zonder dat er zich schollen vormen. | |||||||||||||||||
191. IJs op de zee.In zeldzame strenge winters bevriest de Zuiderzee of zelfs de Noordzee langs onze kust. Bij koude nachten kan men dan een vreemd gezoem, gedonder, gebruis, gekraak horen, als vaarde een stormwind onder het ijs. Er vormen zich lange barsten, langs waar water wordt uitgestoten. Waarschijnlijk is het samengeperste lucht onder het ijs die een uitweg zoekt. Zeewater heeft een lager vriespunt dan zoet water, daar het veel zouten in oplossing bevat. Bij ongeveer - 2o vormt zich het eerste zee-ijs, dat rijker is aan sulfaten, terwijl het overblijvende water rijker aan chloriden wordt. Omstreeks - 8o is de oplossing verzadigd met Na2SO4 geworden, en scheidt zich een mengsel | |||||||||||||||||
[pagina 231]
| |||||||||||||||||
van dit zout met ijs af (‘cryohydraat’)Ga naar voetnoot1). Het zeewater dringt echter telkens weer door in de spleten van het reeds gevormde ijs, brengt en haalt er weer nieuwe zouten, zodat de samenstelling van zee-ijs zeer ingewikkeld en veranderlijk is. Het soortelijk gewicht van zee-ijs schommelt van 0,90 tot 0,96. (Zoetwater-ijs: 0,917). |
|
