Vorming van ijs, een complex proces.

Wanneer er een vorstperiode wordt aangekondigd gaan de harten van schaatsliefhebbers in Nederland sneller kloppen. Want schaatsen op natuurijs doet iets speciaals met mensen, het is bijna iets magisch: de koude wind, het geluid van "zingend ijs", de gezelligheid op de ijsbaan. Het is echter goed om te weten dat de vorming van ijs een complex proces is en afhankelijk is van verschillende factoren. De ijsmeesters van IJsvereniging Leek leggen graag uit hoe zij tot een besluit komen om de ijsbaan op Landgoed Nienoord open te stellen voor het schaatspubliek.

Naast ervaring en een gezonde dosis verstand zijn er nog twee belangrijke zaken waar een natuurijsmeester naar kijkt; ijsgroei en de draagkracht van ijs.

IJsgroei.
IJsgroei is geen vast gegeven maar is sterk afhankelijk van weersinvloeden en lokale omstandigheden. De weersinvloeden kun je ook nog onderscheiden in invloeden boven en onder water. Boven water heb je te maken met factoren als windsnelheid, luchtvochtigheid, bewolking, straling van de zon en sneeuw. Onder water spelen de factoren als ondergrondwarmte, diepte van het water, stroming, watertemperatuur en de waterkwaliteit een grote rol. Ook de tijd van het jaar heeft een flinke invloed op de ijsgroei: staat de zon hoger aan de hemel dan is de instraling van warmte vele malen hoger dan de uitstraling.

De grootste nachtmerrie voor een iedere natuurijsmeester is sneeuw. Sneeuw heeft namelijk een isolerende werking waardoor het ijs eronder minder snel zal aangroeien. Ook een belangrijk aandachtspunt is de luchtvochtigheid. Hoe lager de luchtvochtigheid, des te sneller het ijs aangroeit. Echter tijdens een vorstperiode komt de wind meestal uit het oosten waardoor de aangevoerde lucht in de regel droog zal zijn. Ook is een onbewolkte lucht enorm belangrijk omdat dan de warmte van de aarde afgevoerd kan worden. Bij hardnekkige bewolking kan de warmte moeilijk weg en wordt de vorst doorgaans flink belemmerd.

Het KNMI heeft een ijsgroeimodel ontwikkelt dat ons kan helpen om een prognose te maken van de verwachte ijsgroei in relatie tot de weersverwachting. In dit model zijn 50 verschillende scenario’s doorgerekend, maar zelfs met dit model blijft de ijsgroei een grillig en onvoorspelbaar fenomeen. Het model van het KNMI gaat er in de basis vanuit dat op stilstaand water van 2 meter diep bij 5 graden vorst elke nacht 1 centimeter ijs groeit. (meer informatie over het KNMI ijsgroeimodel klik hier).

Natuurijs groeit niet of nauwelijks aan bij vorst lager dan -4 à -5°C. Dat dit niet eerder gebeurt komt doordat er warmte vrijkomt als water bevriest, de watermoleculen rangschikken zich waardoor er warmte vrijkomt , die eerst weer moet worden afgevoerd. Pas vanaf -5°C gaat het ijs dus groeien.
Als je per nacht de vorstgraden voorbij de -5°C bij elkaar optelt krijg je de totale vorst die zorgt voor een bepaalde ijsdikte bij open water. Die som noemen we de cumulatieve temperatuursom. Willen we kunnen schaatsen op natuurijs dan moet deze cumulatieve temperatuursom minstens 9 à 10 graden bedragen.

Enkele voorbeelden:

• Na één nacht van -15°C heb je al een cumulatieve temperatuursom van 10 graden bereikt. Je kunt dan dus over één nacht ijs schaatsen.
• Na twee nachten van -10°C is de cumulatieve temperatuursom van 5+5=10. Ook voldoende dus.
• Na 3 nachten van -8°C is de cumulatieve temperatuursom 3+3+3=9. Ook voldoende dus.
• Twee nachten vorst van -8°C resp. -11°C zijn ook voldoende (want 3+6=9).

Naast het wetenschappelijk model van het KNMI, speelt ook de ervaring van onze ijsmeesters een rol. Een stelregel is dat bij een onbewolkte heldere lucht, windstilte en zuiver water bij -5°C er in 6 uur een centimeter ijs kan ontstaan. Als je tijdens een vorstperiode van 6 nachten achtereenvolgens de volgende temperaturen meet: -6°C | -6°C | -4°C | -5°C | -5°C | en -4°C dan tel je de waarden bij elkaar op en krijg je een getal van -30. Als je vervolgens -30 deelt door -5 dan kom je uit op een dikte van 6 centimeter ijs.  Zo ziet u dat het tijdens gunstige omstandigheden en lichte vorst nog 6 nachten duurt voordat je op slootjes kan schaatsen. Op slootjes is de vereiste ijsdikte ongeveer 6 centimeter, voor grote natuurijsbanen zoals onze ijsbaan op Landgoed Nienoord moet de ijsdikte 7 centimeter bedragen. Voor toertochten 12 á 13 centimeter en voor een Elfstedentocht is een ijsdikte van tenminste 15 centimeter vereist (vanwege de vele schaatsers op het ijs en de mensen die komen kijken).
Alleen komt het in Nederland niet meer heel vaak voor dat we een week lang precies hetzelfde weer hebben. De vorst kan snel in- en uitvallen.

Draagkracht.
En dan is er nog de draagkracht van het ijs. Wat kan ijs van bijvoorbeeld 10 centimeter eigenlijk dragen?

Om de risico’s van natuurijs te berekenen gebruikt de KNSB de Gold’s-Formula. Het onderzoek van de Canadese professor L.W. Gold heeft enorm bijgedragen aan de kennis over ijsdiktes en het bepalen van de draagkracht van ijs.

Gold Formula: P:H²
Hoe ziet de Gold formule eruit en wat betekent het?

P is het gewicht per m² en H² is de dikte van het ijs. P:H² is de veiligheidsfactor.

Met deze formule kun je op basis van ijsdiktes en het gewicht per m² de veiligheidsfactor berekenen. Tot factor 3 is het veilig, vanaf factor 5 en hoger is het onveilig. Tussen factor 3 en 5 is het dus gewoon onveilig ijs.

Voorbeeld:
Voor 3 mensen die ieder 80kg wegen en op ijs met een dikte van 10 centimeter staan betekent dit het volgende: 3 personen x 80kg = 240kg per m². In de formule is dit 240kg:10² (oftewel 240:100). De uitkomst is dan 2,4. Dit is de factor van het veiligheidsrisico. Dit ijs is dus veilig, want factor 2,4 is immers lager dan 3.

Dit risico wordt berekend aan de hand van stilstaand (statisch) gewicht. Het voorbeeld gaat uit van 3 mensen die stilstaan. Gaan we uit van 3 mensen die schaatsend over deze ijsdikte rijden dan komen er andere krachten per m² op het ijs. Dit noemen we dynamische krachten, door het afzetten van de schaats op het ijs geven de schaatsers een puntbelasting af op het ijs. Deze puntbelasting is ongeveer 2,5 keer meer per kg lichaamsgewicht als een statische belasting.
Dan wordt het voorbeeld van een persoon van 80kg per m² ineens 80x2,5=200kg per m².
200kg gewicht gedeeld door een ijsdikte van 8cm is 200:8²=3. Volgens de norm van Gold veilig. Bereken je dit echter bij een ijsdikte van 5 centimeter, dan kom je uit op 200:5²=8. Dus onveilig ijs!

We zien tegenwoordig steeds meer mensen in grote groepen op ijs van 5 centimeter dikte schaatsen, dit brengt dus erg veel risico’s met zich mee.
Daarom zijn de adviezen van de KNSB om niet eerder het ijs op te gaan van 8-10 centimeter dik, dit komt dicht bij de berekening van veilig schaatsen.
De kwaliteit van het ijs bepaalt ook de sterkte en draagkracht ervan. Als er bijvoorbeeld veel ingesloten lucht of ijs vermengd met sneeuw in het ijs zit veroorzaakt dit een grotere broosheid en is het ijs dus minder sterk. Hoe helderder het ijs van kleur is (zwart ijs), hoe steviger het is en hoe meer het dus dragen kan (Een Bros chocolade reep breekt ook sneller dan een gewone reep chocolade).

En dan hebben we soms ook nog te maken met wakken in het ijs. Soms zijn het watervogels die zich op een plaats verzamelen en zo een wak in stand houden, maar meestal is de wind de hoofdschuldige aan het ontstaan van wakken. Door harde wind kan het soms wel even duren voordat ze dichtvriezen of ze kunnen zelf groter worden. Door de wind kan er warm water uit een diep gedeelte zich mengen met het koude water aan de oppervlakte. En ook als de wind is gaan liggen kunnen deze wervelingen nog wel tot 48 uur aanhouden. Dit noemen we windwakken. Als zo'n wak dichtvriest ligt er vaak prachtig ijs, maar het is ook vaak heel dun.

Beslissing ijsmeesters:

Binnen de gemeente Westerkwartier bevinden zich een groot aantal natuurijsbanen. Zoals u heeft kunnen lezen is de vorming van natuurijs van vele factoren afhankelijk. Dit kan dus ook betekenen dat de ene ijsbaan in de gemeente wel open kan en een ijsbaan een paar kilometer verderop niet.
De ijsmeesters van de IJsvereniging Leek bepalen uiteindelijk gezamenlijk of er voldoende ijsdikte is, de kwaliteit van het ijs goed is en of het voor de vele schaatsers veilig is om op ijsbaan Nienoord te komen schaatsen. 

Want wij zijn, net als alle Nederlanders, gek op natuurijs; maar het moet wel veilig en verantwoord zijn.

Bat is uut!....ijsbaan open!
Omdat IJsvereniging Leek de geschiedenis van de schaatssport in Leek levend wil houden heeft het bestuur in 2016 de slogan “Bat is uut!” omarmd. Een bat is een soort loopplank die in vroeger tijden vanaf de wal naar het ijs op het Leekster Hoofddiep werd gelegd. Dus als onze ijsmeesters "Bat is uut!" communiceren via onze sociale media kanalen dan kan er geschaatst worden op natuurijs en is de ijsbaan op Landgoed Nienoord open.