Dit artikel is geschreven rond de jaarwisseling. Voor de plantenliefhebber valt er in deze maanden buiten niet zoveel te bekijken. Niet dat het buiten niet mooi kan zijn, maar er zijn heel weinig bloemen. Men zegt dat de natuur in rust is. Die rust is maar schijn, want ondergronds zijn de wortels nu al bezig om zich klaar te maken voor de groei en bloei in de lente. Maar op een wandeling door het bos, zie je daar voorlopig niet veel van. Zaden en bessen die de vogels pas lusten als ze heel erg veel honger hebben, zoals die van de liguster, de klimop en van de Gelderse roos, dat zijn de enige dingen die nog herinneren aan de zomer.

IJsbloemen IJsbloemen op een ruit in prachtige waaiervormen

Om toch nog een beetje in stijl te blijven, deze keer een stukje over ijsbloemen. 's Zomers kun je wel eens ijsbloemen kopen als snijbloemen, maar die bedoel ik niet. De echte winterse ijsbloemen groeien op het raam in de kamer. Deze echte ijsbloemen zijn trouwens ook al zeldzaam geworden. Vroeger stonden de ijsbloemen vaak wekenlang iedere ochtend op het slaapkamerraam, maar door het dubbele glas en de centrale verwarming zijn ze verdwenen. Als ik 's morgens het bed uit moet betreur ik dat niet, maar ze waren wel mooi. Hoe ontstaan ijsbloemen eigenlijk en waarom zaten er vroeger op het raam zulke mooie figuren en waarom zitten er tegenwoordig op de ruiten van de auto's alleen maar saaie korrelige lagen?

Als het buiten kouder is dan binnen, koelt de warme lucht binnen af tegen de ruiten. Koude lucht is zwaarder, dus die zakt langzaam langs de ruit naar beneden en wordt daarbij nog kouder. Op een gegeven moment is de lucht aan de onderkant van de ruit zo koud, dat daar de waterdamp in de lucht begint te condenseren en de ruit begint te beslaan. Het beslaan van ruiten in een verwarmde kamer begint altijd aan de onderkant en afhankelijk van de vochtigheid van de lucht en de temperatuur buiten, kan zich dat over de hele ruit uitbreiden. Als het buiten stevig gaat vriezen, worden de ruiten zo koud, dat het glas aan de binnenkant ook een temperatuur onder nul krijgt. Condens op de ruit bevriest dan en ieder minuscuul klein druppeltje op de ruit wordt een ijskristalletje.

IJskristalletjes zijn geen ronde bolletjes of kubusvormige blokjes, maar kunnen ingewikkelde vormen hebben. De basisvorm is steeds hetzelfde, zes water moleculen die een ring vormen, maar verder hangt het heel sterk af van de omstandigheden. Bij bevriezend water onder rustige omstandigheden passen de kristallen precies in elkaar, zodat er een vaste laag van gevormd kan worden, zoals we allemaal weten van het ijs op de vijver. De stervormige ijskristallen met zes punten zoals die in sneeuwvlokken zitten, ontstaan vaak als het vocht in de lucht in één keer over gaat van damp in ijs dus zonder eerst water te vormen (sublimeren). Temperatuur en wind zorgen voor variatie in de vorm van ijssterretjes.

Wilson Bentley fotografeerde rond 1900 als hobby duizenden ijskristallen (Wikipedia)

IJsbloemen groeien het mooist als ze echt de kans krijgen om rustig te groeien. Dit betekent dat ergens onder aan het raam zich het eerste kristalletje vormt. Dat is blijkbaar een extra koud plekje en daar vlak naast wil zich een tweede kristalletje vormen. Die vorming gaat het beste als het nieuwe kristalletje aansluit op het eerste en het derde op het tweede enzovoort. Er ontstaat een lijn van kristallen die in principe recht is, maar die door toevallige verstoringen vaak gebogen wordt. Een volgende lijn kristallen gaat weer bij voorkeur tegen de eerste lijn aanliggen en zo ontstaat een waaier. Op ander plaatsen op de ruit gebeurt hetzelfde en de meest grillige vormen ontstaan als twee of meer van deze waaiers elkaar ontmoeten. Zoals gezegd, de ijsbloemen moet groeien, maar ook niet te lang. De ijskristalletjes worden gevormd waar het het koudst is. In het begin is dat op de ruit en krijgen we de mooie patronen, maar als de ruit vol is, gaan er kristallen groeien op de eerste bloemen. Dit begint weer aan de onderkant en als de laag te dik wordt, wordt alles ondoorzichtig en gaan de patronen verloren.

Op dubbel glas kunnen ook wel ijsbloemen ontstaan, zoals dubbel glas ook wel kan beslaan. De luchtlaag tussen de twee glasplaten isoleert echter zo goed dat de temperatuur aan de binnenkant eigenlijk nooit laag genoeg wordt voor condens, laat staan voor ijsbloemen. Autoruiten kunnen wel koud genoeg worden voor ijsvorming, zoals we regelmatig 's morgens merken. Toch zien we maar heel zeiden iets wat op ijsbloemen lijkt. De oorzaak hiervan is dat er bij autoruiten meestal geen koudste punt is van waaruit kristallen rustig langs de ruit kunnen groeien. De autoruit is overal ongeveer even koud en de ijsvorming begint dus overal ongeveer tegelijk. Bovendien groeien de kristalletjes 'naar de kou toe' en dat is naar de buitenlucht. Als er op autoruiten dus al iets van ijsbloemen aanwezig is, dan staan deze op de ruit en liggen ze er niet tegen aan! Nee, echte ijsbloemen zitten aan de binnenkant van de ruit in de kamer. Of eigenlijk zaten ze daar vroeger, brrrr... gelukkig maar!

Begin januari 2009: vorst, een beetje sneeuw en toen drie dagen rijp. Prachtig.

Rijp

Het bevriezen van autoruiten is vaak het gevolg van de vorming van rijp. Bij rijp wordt niet eerst condens gevormd (druppeltjes water), maar ontstaan direct ijskristallen uit de waterdamp. Zeker als er wat wind is gaat dat allemaal wat slordig omdat de koudste plekken steeds wisselen. Ook daarom wordt de autoruit zelden mooi door bevriezing.
Bij 'ruige rijp' kunnen wel mooie effecten ontstaan. Bij ruige rijp raken de druppeltje water in mist onderkoeld. Onderkoeld betekent in dit geval dat het water onder nul is, maar nog niet is bevroren. Bij schoon water zonder stofdeeltjes en dergelijke kan dat gebeuren. Het water wil dan bevriezen d.w.z. ijskristallen vormen maar kan 'geen beginpunt vinden'. Een stofje is al voldoende, maar blijkbaar hebben de ijskristallen een vast punt nodig om te beginnen. Als ze dat vinden, is de druppel in één klap vast. In het lab kan dat zelfs met een glas onderkoeld water, als dat zeer schoon en zuiver water is vloeibaar water zelfs bij -40 gr C mogelijk! Zelfs als je er alleen maar tegen tikt verandert dat in een keer in een blok ijs!

IJsnaalden door rijp op een takje, januari 2016.

Maar wat als er buiten hetzelfde gebeurt met de onderkoelde mist? De wind blaast dan de onderkoelde druppels tegen een boom en plotseling is de boom helemaal bedekt met ijskristallen! En in een paar uur kan een landschap helemaal wit worden zonder dat er één sneeuwvlokje is gevallen. Heel spectaculair! Soms kun je aan de takken ook zien waar de wind vandaan kwam, want ook hier groeien de kristallen naar de koudste kant dus tegen de wind in!

Ook begin januari 2009. Als een ijstafereel uit de Gouden Eeuw.

IJzel

Over ijzel ben ik minder enthousiast. Meestal wordt ijzel niet veroorzaakt door onderkoeld water, maar gewoon door koude regen die op een bevroren weg valt en daar prompt bevriest. Ook bomen kunnen zo koud zijn dat het water daar op de takken bevriest en als dat te lang doorgaat kunnen de takken afbreken door het gewicht van dat ijs. Bij rijp zijn de hoeveelheden eigenlijk nooit zo groot dat de takken bezwijken.

Planten en antivries

Planten vinden het natuurlijk niet leuk als het water in hun takken of bladeren bevriest of als er zich daar ijskristallen gaan vormen. Vorming van die scherpe kristallen beschadigt de cellen zo sterk dat ze meestal afsterven. De meeste planten besluiten dan ook voor de winter om de bovengrondse delen af te sluiten en volgend jaar weer opnieuw te beginnen. Maar soms ligt dat wat moeilijker. Boerenkool en spruitjes vinden in november dat ze nog niet klaar zijn en dat zijn ze ook niet want kool is tweejarig en heeft op dat moment nog niet gebloeid. De kool moet dus nog even intact blijven. Bij bomen en struiken ligt het natuurlijk nog duidelijker: ieder jaar nieuw blad maken is geen probleem maar met stam en takken gaat dat niet.

Rijp op dood blad

Het meest gebruikte mechanisme om vorstschade te voorkomen is vriespunt verlaging. Water bevriest bij nul graden, dat geldt formeel zelfs voor onderkoeld water. Maar als je in het water iets oplost, zakt het vriespunt. Als de wegen gestrooid worden tegen ijzel gebeurt dat met gewoon zout. Als het dan gaat regenen, lost het zout op in het regenwater en bevriest dan niet bij 0 gr C, maar bijvoorbeeld pas bij -5 gr C afhankelijk van de hoeveel zout per liter water. De winterharde planten doen hetzelfde maar dan meestal met suikers. Koolsoorten gebruiken dit en dat is de reden dat men vroeger zei dat de spruiten en de boerenkool pas lekker zijn als de vorst er overheen was gegaan: de kool had extra suiker vrijgemaakt en was dan wat zoeter.
Een variant wordt gebruikt door bomen en struiken: als een deel van een tak dreigt te bevriezen wordt er door de plant water uit dat stuk gepompt. De concentratie van opgeloste stoffen stijgt dan en de temperatuur waarbij de tak bevriest daalt! Rododendron heeft daar weer een variant op want die wil zijn blad ook na de winter nog gebruiken. De plant begint met water te onttrekken aan het blad als het dreigt te bevriezen. Daardoor wordt het blad al wat rimpelig. Als dat niet voldoende is bevriest het resterende water in een tussenlaag die daardoor dikker wordt, maar zonder de laag er boven en er onder ernstig te beschadigen. Bovendien, bevriezend water geeft warmte af; verrassend misschien. De plant wordt daardoor niet echt warmer, maar het voorkomt of vertraagt wel verdere temperatuurdaling van de directe omgeving en vertraagt daardoor dus de eventuele bevriezing! En dit is precies de reden waarom fruittelers de bloeiende fruitbomen in het voorjaar met water besproeien als er nachtvorst dreigt!

Jan van Dingenen - 1987, aangevuld in 2016