College van de maand: Naaldijs - als een speld in de bodem

Nog maar een maandje te gaan en dan breekt het winterseizoen weer aan. De huidige weersverwachtingen geven echter nog geen zicht op het wandelen door besneeuwde parken en het drinken van warme chocolademelk onder een dekentje. Om jullie toch alvast een beetje in de stemming te brengen zal ik het in dit college hebben over een vorm van ijs dat ook niet altijd te zien is. Dit college gaat over naaldijs.

Afb. 1. Naaldijs in een bosbodem in Noorwegen na een koude herfstnacht in 2019. Hier is goed te zien hoe fijn materiaal en grind wordt opgetild op de punten van het naaldijs. In de close up is te zien hoe de individuele naalden aan elkaar zijn gegroeid en bodemmateriaal in het ijs is opgenomen. Foto: Maaike Zwier.
Afb. 2. In een close up van het naaldijs is te zien hoe de individuele naalden aan elkaar zijn gegroeid en bodemmateriaal in het ijs is opgenomen. Foto: Maaike Zwier.

Een verzameling lange dunne naalden of strengen van ijs die loodrecht uit de bodem lijken te komen (afb. 1), wie vroeg op een koude winterse dag door het bos loopt kan het tegenkomen, maar je moet er wel goed naar zoeken. Elke naald wordt individueel gevormd, maar voegt zich vaak samen met andere naalden tot dikkere strengen (afb. 2). Afhankelijk van de toevoer van water kan het naaldijs enkele centimeters lang worden. Daarnaast is naaldijs erg fragiel, beroer het van de zijkant en je plukt er zo een stuk vanaf.

Om naaldijs te vormen is een specifieke lucht- en grondtemperatuur nodig en genoeg vocht in de bodem. Naaldijs vormt wanneer de bodemtemperatuur boven het vriespunt ligt, maar de luchttemperatuur er onder. Door capillaire werking wordt water door de bodem omhooggetrokken, daarna bevriest het op het punt waar de temperatuur onder de 0 °C ligt, dit is niet altijd aan het oppervlak maar kan ook op diepte in de bodem zijn. De naaldvorm ontstaat doordat een continue toestroom van water op één punt bevriest aan de basis van de naald en daarmee het ijs omhoogduwt.

Van belang is dus dat de bodem zelf niet helemaal bevroren is om het stromen van water toe te laten. In periglaciale gebieden kan een dunne bodem – die minder ruimte heeft om water vast te houden – soms de limiterende factor zijn voor de groei van naaldijs. Daarnaast houden bodems met fijner sediment meer water vast dan bodems met grof sediment – net als een bloempot die onderin vaak een laag grind heeft voor de afwatering. De capillaire werking van grof sediment is ook erg laag. In gelijke omstandigheden zijn bodems met fijner sediment daardoor meer vatbaar voor de groei van naaldijs. Bodems met maar heel weinig fijn sediment zullen helemaal geen naaldijs vormen. Wanneer de luchttemperatuur weer boven het vriespunt ligt, smelt het naaldijs snel. De grootste kans om naaldijs in Nederland te vinden is daardoor vroeg in de morgen op schaduwrijke plekken na een koude nacht.

Kleinschalige geomorfologie
Afb. 3. Holte onder het ijs. Foto: Maaike Zwier.

Het naaldijs hoeft zich niet per se aan de oppervlakte van de bodem te vormen. IJsformatie vindt plaats waar de temperatuur onder het vriespunt ligt, vaak net iets onder het maaivlak, maar soms ook dieper. Al het sediment boven het vriesvlak wordt opgetild door het naaldijs eronder (afb 3). Soms ontstaat er een holte onder het ijs: het naaldijs begint met uniforme groei waarna een paar strengen dominant worden en deze het hele pakket verder optillen. Doordat de connectie met de wateraanvoer uit de bodem bij de overige strengen is doorbroken, zullen deze niet meer verder groeien. Nadat het ijs smelt zakt het sediment onregelmatig terug. Naaldijs draagt daardoor bij aan bodemerosie, vooral op hellingen.

Als er nog enige kleine kiezelstenen in de bodem aanwezig zijn, worden deze langzaam door het naaldijs uitgeworpen: eerst opgetild en daarna bergafwaarts getransporteerd. Hierdoor ontstaat na lange tijd een natuurlijke sortering van het sediment. In mijn college over ‘patterned ground’ kan je lezen over grootschalige vormen hiervan (link).

Impact op de biologie
Afb. 4. De plant Azorella selago op het sub-Antarctische eiland Kerguelen groeit vooral in de strepen met grof sediment maar ze minder last hebben van beweging van naaldijs. Foto: Henriette Linge.

Door de verstoring van de bovenste laag van de bodem worden ook planten aangetast. Zaailingen en kleine planten kunnen door het naaldijs uit de bodem gedrukt worden. Nadat het ijs smelt zakt de plant, inclusief wortels, boven op de bodem terug waardoor de zaailing kan sterven.

Hierdoor zul je in periglaciale landschappen planten vaker vinden in grof sediment, waar ze minder last hebben van de veelvoorkomende vorming van naaldijs door de vele vries-dooi cycli (afb. 4).

Verder lezen
Wil je nog meer weten over vormen van ijs die op eenzelfde manier gevormd worden als naaldijs, maar dan op andere oppervlakken, bijvoorbeeld haarijs op hout, ijsbloemen op een plantenstengel (niet te verwarren met die op je raam!), of zelfs op kiezelstenen?

Dan kan je verder lezen en prachtige foto’s bekijken op de Engelstalige website van Dr. James R. Carter.