Inleiding tot de Oceanografie

Het ijs dat op het oppervlak van de oceaan drijft, is afkomstig van een van twee bronnen. Gletsjerijs wordt gevormd door de opeenhoping en verdichting van sneeuw tot gletsjers, die vervolgens uiteenvallen en ijs afgeven aan de oceaan. Omdat gletsjers verscheidene kilometers dik kunnen zijn, kunnen de ijsbergen die ervan afbreken zeer groot zijn; de grote ijsbergen op zee zijn dus altijd afkomstig van gletsjerijsplaten. Met zee-ijs wordt het ijs bedoeld dat ontstaat door bevriezing van het zeewater en dat zelden dikker is dan enkele meters (figuur 14.1.1). Zee-ijs bedekt op elk moment ongeveer 7% van de oceaan en vormt ongeveer 66% van de permanente ijsbedekking van de aarde in oppervlakte, maar slechts 0,1% van het ijs in volume. Dit komt doordat zee-ijs een uitgestrekte, maar dunne ijslaag vormt in vergelijking met de gletsjerkappen, die meer lokaal zijn, maar wel enkele kilometers dik kunnen zijn.

De zee-ijsbedekking rond Antarctica schommelt tussen ongeveer 21 miljoen km2 in de winter tot ongeveer 1,3 miljoen km2 in de zomer, waarbij het meeste Antarctische zee-ijs slechts één jaar blijft bestaan. De seizoensgebonden veranderingen in de ijsbedekking zijn minder uitgesproken in het Noordpoolgebied, van ongeveer 14 miljoen km2 in de winter tot 6,5 miljoen km2 in de zomer. Ongeveer de helft van het zee-ijs in het Noordpoolgebied houdt het langer dan een jaar uit tot meerjarig ijs. Dit verschil ontstaat doordat Antarctica omgeven is door water, waardoor het ijs uitzet in warmer water en uiteindelijk smelt. De Noordelijke IJszee wordt omsloten door continenten, zodat slechts ongeveer 10% van het ijs tussen Groenland en Spitsbergen in de Atlantische Oceaan terechtkomt. De rest zit vast en wordt meerjarig ijs of meerjarig ijs, dat gemiddeld ongeveer 7 jaar oud is en 3-5 m dik, vergeleken met eerstejaars ijs van 1-2 m dik.

Zeeijsvorming

Omwille van het zoutgehalte begint zeewater te bevriezen bij ongeveer -1,8o C, een lagere temperatuur dan voor zoet water. De ijsvorming begint aan de oppervlakte met de vorming van kleine naaldvormige ijskristallen, frazil genaamd, die zich ophopen en het water er smeltend en troebel doen uitzien; dit stadium wordt vetijs genoemd (figuur 14.1.2 A). In rustiger water kunnen deze kleine kristallen samenvriezen tot een dunne oppervlaktelaag, nilas genaamd, die een dikte tot 10 cm kan bereiken (figuur 14.1.2 B).

Door golfslag kunnen de nila’s uiteenvallen in kleine matten met een doorsnede van 1-2 m, die vervolgens tegen elkaar botsen en afgeronde vormen met opstaande randen vormen, die pannenkoekenijs worden genoemd (figuur 14.1.2 C). Als de temperaturen koud blijven, vriest het pannenkoekenijs aaneen tot vaste ijsschotsen, een hard oppervlak dat de oceaan bedekt (figuur 14.1.2 D). IJsschotsen vriezen vervolgens samen tot ijsvelden.

Als ijsschotsen eenmaal zijn gevormd, raakt het water eronder geïsoleerd en neemt het warmteverlies naar de atmosfeer af, zodat het water niet langer afkoelt en er geen ijsvorming meer plaatsvindt. Als gevolg daarvan is jong zee-ijs meestal betrekkelijk dun, niet meer dan 3-4 m dik. Het ijs kan dikker worden door neerslag; er valt niet veel neerslag aan de polen, maar door de lage temperaturen hoopt de neerslag zich op in plaats van te smelten. Na verloop van tijd kan het opgehoopte ijs en de sneeuw de totale dikte van het zee-ijs doen toenemen, maar het zal nooit de dikte van gletsjerijs benaderen.

Als zee-ijskristallen zich vormen, wordt het grootste deel van het zout uitgesloten, zodat zee-ijs veel minder zout bevat dan zeewater, en indien nodig kan worden gesmolten om te drinken. Maar ongeveer 20% van het zout blijft gevangen in waterzakken tussen de ijskristallen. Naarmate zich ijs vormt en de zouten in deze zakken worden ingesloten, neemt het zoutgehalte van het resterende water toe en kan het te zout worden om in te vriezen. Deze niet bevroren zakken pekelwater maken zee-ijs iets zachter en glibberiger dan zoetwaterijs, dat harder en stijver is. Uiteindelijk lekt het meeste van deze pekel weg en wordt het zee-ijs steviger, maar wanneer het “jong ijs” is, kan het gevaarlijker zijn om op te lopen dan zoetwaterijs van dezelfde dikte. Bijvoorbeeld, 7-8 cm zoetwaterijs is genoeg om het gewicht van één persoon te dragen, maar je zou minstens 15 cm zee-ijs nodig hebben om hetzelfde te doen.

Het zeer koude, dichte pekelwater lekt uit het ijs en zinkt. De pekel is “onderkoeld”; het is afgekoeld tot onder het normale vriespunt van zeewater, maar blijft vloeibaar door het hoge zoutgehalte. Wanneer deze onderkoelde pekel in contact komt met het omringende water, bevriest het omringende water, waardoor holle ijsstalactieten of “pekelbolletjes” ontstaan die meters lang kunnen zijn. De pekel blijft door het holle ijsdeeltje stromen, en het ijsdeeltje groeit naar beneden (zie hieronder voor een verbazingwekkende time-lapse video van de vorming van ijsdeeltjes).

Wanneer de grote vellen zee-ijs worden gevormd, bestaan ze in een van de twee formaties. Snelijs, of landijs, verwijst naar de grote, vaste ijskappen die aan land vastzitten. Het pakijs bestaat uit de kleinere, vrij ronddrijvende stukken zee-ijs. Deze kunnen onafhankelijk van elkaar zijn gevormd, of kunnen zijn afgebroken van het snelle ijs (figuur 14.1.3).

Het drijvende pakijs dempt golven en stromingen en buffert het zeeoppervlak tegen beweging. Veranderingen in de verdeling van het pakijs kunnen dus leiden tot veranderingen in de stromingspatronen en zelfs de structuur van het ecosysteem veranderen. Maar het pakijs is ook onderhevig aan de stromingen eronder, en de ijskappen zijn voortdurend in beweging, breken af of worden samengedrukt. Wanneer stukken ijs tegen elkaar botsen, knikken en scheuren ze vaak, of verdringen ze elkaar zoals bij convergerende lithosferische plaatgrenzen (paragraaf 4.6). Door deze botsingen kunnen hoge, gekartelde drukruggen ontstaan, die zich kilometers lang kunnen uitstrekken, en die gevaren opleveren voor poolreizigers die over het ijs navigeren (figuur 14.1.4).

In de polaire oceanen is de ijsbedekking niet uniform. Er zijn een aantal gebieden waar voortdurend open water is, ook al zijn de gebieden eromheen bedekt met ijs. Deze gebieden met aanhoudend open water worden polynyas genoemd (figuur 14.1.5). Polynyas kunnen het gevolg zijn van stromingen of winden die het ijs verplaatsen, of van gebieden met warmer water die ijsvorming verhinderen. In figuur 14.1.5 hebben zeer sterke winden die voor de kust uit het binnenland van Antarctica waaien, een polynya doen ontstaan nabij de rand van de ijskap.