De toestand

De Wet van Archimedes luidt: “De opwaartse kracht die een lichaam in een vloeistof of gas ondervindt is even groot als het gewicht van de verplaatste vloeistof of gas“. Het is hierdoor dat een ijsklontje (maar ook een boot) kan drijven op water; de aantrekkingskracht van de Aarde die anders onherroepelijk tot zinken zou leiden, kan gecompenseerd worden door een opwaartse kracht.

Dat dit een ingewikkelde materie is, weten we omdat er nagenoeg elk jaar bij de Nationale Wetenschapsquiz wel een vraag komt die met Archimedes te maken heeft. Vrijwel iedereen weet inmiddels wel dat bij het smelten van een ijsklontje in zoet water het waterpeil niet verandert. Maar hoe zit het nu bij het smelten van ijs dat op zout zeewater drijft, een ijsberg bijvoorbeeld?

Gelukkig laat de wetenschap ons niet in de steek. In het tijdschrift Geophysical Research Letters tonen Shepherd et al. aan dat smelten van ijs drijvend op zout water leidt tot verhoging van de zeespiegel. Niet erg opzienbarend overigens, want het gaat wereldwijd momenteel om zo’n 49 micrometer (een haardikte) per jaar (zie hier voor een persbericht).

De natuurkundige verklaring is simpel: ijs drijvend op zout water is niet alleen lichter (net als ijs drijvend op zoet water) maar ook minder zout, en het gaat om dat laatste. Als dit zoetere (minder zoute) ijs smelt, vormt het water dat zoeter is dan de omgeving van zout water, minder dicht is en dus meer volume inneemt.

Het is overigens wel van belang te onderscheiden hoe het zeeijs ontstaat. IJsbergen zijn afgebrokkelde stukken van gletsjers, ijsplaten zijn gletsjers die zich uitstrekken tot boven zee. Beide bevatten van oorsprong uitsluitend zoetwater afkomstig van sneeuwval. In beide gevallen gaat het om verplaatsing van zoete neerslag naar een zoute zee.

Daarnaast hebben we zeeijs dat ter plekke in elke winterperiode ontstaat als de temperatuur van zeewater daalt tot een paar graden onder nul en in de zomerperiode weer smelt. Als de zomersmelt groter is dan de wintervorst (zoals de laatste decennia) dan is er netto een afsmelt van relatief zoet zeeijs. IJs ter plekke gevormd uit zout water is wel zoeter dan het zeewater, maar niet geheel zoet. Er zitten zoutkristallen in alsmede kanaaltjes gevuld met pekelwater. Al boven -5°C kan daardoor zeewater naar boven sijpelen en bovenop het ijs zorgen voor smeltpoelen (zie een studie van Golden).