IJsstromen, wat zijn het?

IJsstromen zijn ‘snelstromende’ rivieren van ijs in een omgeving van ijs dat veel minder snel beweegt. IJsstromen treden op in het randbereik van grote ijskappen. Ze zijn bekend van Antarctica en ook van Groenland. Tijdens de laatste drie ijstijden bedekten landijskappen duizenden jaren achtereen grote delen van Europa en Noord-Amerika. Ook ons land kreeg te maken met ijsbedekkingen. Het Scandinavische landijs bereikte zeker tweemaal ons land. In de randgebieden van deze ijskappen hebben zich ongetwijfeld ook ijsstromen ontwikkeld. De Hondsrug-ijsstroom die verantwoordelijk is voor het landschap in Oost-Drenthe zal in de Saale-ijstijd beslist niet de enige ijsstroom zijn geweest aan de rand van de immens grote Scandinavische ijskap.

Hoe stroomt ijs? 

In gletsjers en in grote ijskappen beweegt ijs op verschillende manieren. De stroomsnelheid van ijs is niet overal hetzelfde. Allerlei factoren zijn hierop van invloed.  Stroming van ijs vindt vooral plaats in de onderste lagen van het ijspakket. De druk is daar het grootst. In de randgebieden van grote ijskappen blijken ijsstromen op te treden. Dit zijn betrekkelijk smalle banen van ijs, waarin het ijs sneller stroomt dan het ijs eromheen. IJsstromen zijn wat dat betreft te vergelijken met zeestromingen. Dit zijn  ‘rivieren’ van zeewater, waarin het water veel sneller stroomt dan het zeewater aan weerszijden ervan. Naar analogie met zeestromingen zou je ijsstromen rivieren van ijs kunnen noemen.

IJsstromen op ijskappen kunnen beschouwd worden als traag stromende banen van ijs. Het gedrag ervan is te vergelijken met gletsjers. In tegenstelling tot gletsjers worden ijsstromen aan weerszijden niet door rotswanden en berghellingen begrensd, maar door ijs dat nog trager stroomt.

IJsstromen liggen liggen vooral aan de randen van ijskappen. Ze zijn ingebed in een omgeving van ijs dat veel trager beweegt. Vergeleken met het omringende ijs stroomt het ijs in ijsstromen wel 50 tot 100 maal zo snel. En net als in gletsjers is het gedrag van ijsstromen grillig. De snelheid van stromend ijs varieert, in de tijd gezien, sterk en verschilt ook van plaats tot plaats. Er zijn ijsstromen bekend waarin het ijs jaarlijks vele kilometers stroomafwaarts beweegt. Dit laatste wordt vooral veroorzaakt door de aanwezigheid van een waterrijke smeerlaag aan de basis van de ijsstroom. Dit kan smeltwater zijn dat onder hoge druk staat of modderig/kleiïg morenemateriaal, dat we grondmorene of keileem noemen. De laag keileem is doorgaans één of meer meters dik. De kletsnatte keileemlaag wordt voortdurend aangevuld door het smeltproces aan de onderzijde van het ijs.

IJsstromen in ijskappen verschillen nog op een andere manier van gletsjers. Ze zijn meestal groter en ook langer. Op Antarctica komen ijsstromen voor die tussen 300 tot 500 km lang zijn, enige tientallen kilometers breed en een dikte hebben van ongeveer 1000 meter. De overgangszone naar het omringende ijs is smal, meestal niet meer dan een kilometer. Als gevolg van snelheidsverschillen tussen beide ijsmassa’s zijn de overgangszones doortrokken van dicht opeen liggende, diepe scheuren (=crevasses). Door het dichte patroon van crevasses tekent de rand van de ijsstroom zich duidelijk af tegen het omringende ijsveld.

IJsstromen vervullen een zeer belangrijke rol in de ijsafvoer van grote ijskappen. Op Oost-Antarctica heerst een soort evenwicht in de massa ijs, door de jaarlijkse aanwas in de vorm van sneeuw en het verlies aan ijs aan de randen van de ijskap. Hoewel ijsstromen zo’n 10 % van het totale ijsoppervlak innemen, zijn ze desondanks verantwoordelijk voor de afvoer van meer dan 90% van ijs naar zee. IJsstromen hebben dus een duidelijke drainagefunctie.

West-Antarctica verschilt sterk van Oost-Antarctica. De ijskap daar telt talrijke grote ijsstromen. Deze voeren enorme massa’s ijs af naar zee, enige jaren geleden zoveel dat gevreesd werd voor het ineenstorten van de ijskap daar. Metingen laten zien dat de afvoer van ijs op West-Antarctica door zeven van de grootste ijsstromen naar de Ross Zee vermindert. Er wordt momenteel jaarlijks meer dan een kwart minder afgevoerd dan er door sneeuwval bij komt. Kortom, het ijs op de ijskap van West-Antarctica wordt dikker. IJsstromen bezitten een eigen dynamiek.

Hoewel ijsstromen en hun functie nog niet zo lang bekend zijn, zijn ze als verschijnsel allerminst zeldzaam. Ook van Groenland zijn ijsstromen bekend, alhoewel ze daar kleiner zijn dan die op West-Antarctica. Aangenomen mag worden dat ijsstromen in de Pleistocene ijskappen ook een rol van betekenis hebben gespeeld in de afvoer van ijs. 

Het ijs in een ijskap beweegt niet gelijkmatig, maar varieert sterk in ruimte en tijd. Van de Pleistocene ijskap, die in het Saalien de noordelijke helft van Nederland duizenden jaren lang bedekte, is bekend, dat deze samengesteld was door deelstromen. Deze deelstromen waren afkomstig uit verschillende gebieden in Scandinavië, elk met hun eigen karakteristieke inhoud aan zwerfsteensoorten. Zwerfsteen-inventarisaties hebben dit voor ons land duidelijk aangetoond. Deze deelstromen waren in het saalien in de Scandinavische ijskap weliswaar tot één geheel samengegroeid, maar blijken hun eigen karakter tot duizenden kilometers ver van het brongebied te behouden.

De stroomrichting en snelheid van het ijs in een ijskap is niet alleen afhankelijk van dikteverschillen – dikker ijs stroomt nu eenmaal sneller dan dunner ijs – de stroomsnelheid wordt ook beïnvloed door de ondergrond waarover het beweegt. In Noord-Nederland bewoog het landijs tijdens het Saalien tamelijk ongehinderd en gelijkmatig. In Midden-Nederland bestaat de ondergrond merendeels uit grove rivierzanden. Hierover stroomt ijs veel minder snel, omdat de wrijfweerstand groter is. Een grofkorrelige zand ondergrond is stroever. Dit laatste is mede oorzaak dat in Midden-Nederland een indrukwekkende reeks stuwwallen is ontstaan.

Bij het voortbewegen van ijs zijn de aanwezigheid van smeltwater, de druk ervan, de mate van ‘smering’ over een laag kletsnat morenemateriaal belangrijke factoren. Uit onderzoek is gebleken dat de bewegingssnelheid van het ijs in grote delen van de Oost-Antarctische ijskap, vrijwel nul is, terwijl deze in West-Antarctica aan de andere zijde van de Trans-antarctische bergrug soms vele duizenden meters per jaar kan bedragen.

Het stromen van ijs wordt vooral bepaald door de aanwezigheid van smeltwater in de zool van het ijs en de druk waaronder dit staat. Wordt de onderzijde van de ijskap makkelijk gedraineerd, dan is de smeltwaterdruk minder groot. Het glijden van ijs verloopt daardoor langzamer. Wordt het ijs gedragen door een film van smeltwater die onder hoge druk staat, dan is de glijweerstand veel geringer. Is daarnaast nog een smeerlaag van kleiïg morenemateriaal aanwezig, dan vormt dit een bijna perfecte glijlaag, waarover het ijs makkelijk kan stromen. Duidelijk is dat het gedrag van het subglaciale hydrologische systeem in ijskappen en ijsstromen bepalend is voor de voortbeweging van het ijs, waar nog bij komt dat de beweging van ijs in ijsstromen vooral door getijde-effecten lijkt te worden getriggerd.

Terzijde

De huidige dreiging van De globale opwarming vormt een bedreiging voor de stabiliteit van de ijskappen op Groenland en Antacrctica. Het grootschalige smelten van polaire ijskappen zou in de nabije toekomst rampzalige effecten kunnen hebben vanwege de veronderstelde grote invloed op de zeespiegelstijging. Vergeleken met de ijskap op Antarctica is die op Groenland een ‘kleintje’. De Antarctische ijskap vertegenwoordigd maar liefst 80% van het zoete water op aarde. De ijskap op Antarctica krijgt zijn voeding door de opeenhoping van de jaarlijkse sneeuwval op het binnenlands gelegen plateau. 

Vanuit dit enorm uitgestrekte plateau stroomt ijs via smalle en snel bewegende ijsstromen tot aan de drijvende ijsplaten die drempels vormen voor de stroming. IJsstromen en ijsplaten zijn inherent instabiel en vormen de meest kwetsbare delen van het landijssysteem, vooral ook omdat de randgebieden permanent in contact staan met de opwarmende oceaan. Op West-Antarctisch heeft men in het recnte verleden ijsplaatinstabiliteiten en ijsstroomversnellingen waargenomen. Dit heeft repercussies voor de totale ijsmassabalans van het ijs van de West-Antarctische ijskap. De Oost-Antarctische ijskap is hiervoor minder gevoelig. De massabalans van het ijs daar lijkt redelijk stabiel.

Zoals hierboven al opgemerkt is een ijsstroom een soort ‘rivier van ijs’, een gletsjer die in ijskappen stroomt. Op West-Antarctica blijkt dat ijsstromen meer dan 160 kilometer breed kunnen zijn en tot een diepte reiken van mee dan 1,5 kilometer. Sinds de ontdekking is aan het bewegen van ijsstromen al vele jaren onderzoek gedaan. Veel is ontdekt, maar er blijven nog talrijke vragen over hoe de beweging van het ijs in het binnenste een ijsstroom verloopt. Studies aan het onvoorspelbare, grillige gedrag van de Whillans Ice Plain op West-Antarctica heeft de kennis over hoe het ijs stroomt verduidelijkt.

Alle ijsstromen op West-Antarctica worden sterk beïnvloed door getijdenbewegingen. Deze zijn oorzaak dat het stromen van het ijs in een ijsstroom geen vloeiend proces is, zoals algemeen werd aangenomen, maar gekenmerkt wordt door een ‘stick-slip’ beweging.  Het ene moment vloeit het ijs weg,  stroomafwaarts richting zee, om vervolgens vrijwel te stoppen, alsof het aan de ondergrond is vastgevroren.  

Metingen wijzen uit dat de Whillans ijsplaat die gevoed wordt door ijsstromen, ongeveer een halve meter per dag beweegt. Dit laatste één of twee maal per dag. Hierbij is vastgesteld dat telkens als de ijsstroom beweegt seismische trillingen optreden. Deze zijn echter zo zwak dat ze wel gemeten kunnen worden, maar niet gevoeld.  IJstromen blijken niet alleen door getijdebewegingen te worden veroorzaakt, er zijn duidelijke aanwijzingen dat de stroming van ijs ook door aardbevingen in andere delen van de wereld kan worden beïnvloed. Klimaat is maar één van de krachten die op de beweging van ijs in ijstromen inwerkt. Ondergrond, smeltwater, interne dynamiek en dergelijke oefenen ook hun invloed uit op het gedrag van ijsstromen.

De aanwezigheid van smeltwater aan de onderzijde van een ijsstroom wordt veroorzaakt doordat de temperatuur van het ijs naar onderen toe langzaam oploopt. Aan het oppervlak is het ijs koud omdat het daar in evenwicht is met de koude luchtmassa erboven. Geothermische opwarming van onderuit helpt weliswaar mee aan de opwarming, maar de toename van de ijstemperatuur wordt vooral veroorzaakt door de interne wrijving van het bewegende ijs en het morenemateriaal in de zool van het ijs. Bij de heersende hydrostatische druk wordt hierdoor zoveel warmte gegenereerd, dat zich een effectief smerende, waterige glijlaag vormt.

Flutes en megaflutes

De dikte van ijsstromen is groot, meermalen bedraagt deze meer dan 1,5 kilometer. De diep reikende werking heeft tot gevolg dat de ondergrond waarover de ijsstroom zich beweegt, gedeformeerd wordt. Dit is met name het geval in gebieden waar de ondergrond uit losse sedimenten bestaat. Drukverschillen en de beweging van het ijs aan de onderzijde van de ijsstroom veroorzaken dat een opvallend patroon van parallelle lineaties ontstaat. Deze gestroomlijnde terreinvormen noemt men flutes. Flutes worden door  laagtes van elkaar gescheiden. In Canada en in de Verenigde Staten komen gebieden voor met duizenden van deze kaarsrecht verlopende flutes. 

Flutes zijn in de meeste gevallen een paar honderd meter tot een paar kilometer lang en enige tientallen tot een paar honderd meter breed. Heel bekend zijn de flutes van het Dubawnt Lake ijsstroom in Keewatan, oostelijk van de Hundson Bay in Canada. Deze ontstonden in het Weichselien. Het gebied in Keewatan telt meer dan 40.000 flutes. De langste meten zo’n 13 kilometer. Ook in Wisconsin in de USA zijn gebieden met vele honderden flutes. Ook deze dateren uit het Weichselien. Deze opvallende, kaarsrechte landschapsvormen zijn vanuit een vliegtuig bij een laagstaande zon prachtig te zien, vooral als het landschap bedekt is door sneeuw.

In het voormalig vergletsjerde gebied in Noordwest-Europa zijn flutes onbekend, op één locatie na: Oost-Drenthe. Weliswaar zijn het er maar vijf, maar deze zijn wel bijzonder groot. De Hondsrug en de Sleener- of Rolderrug bereiken een lengte van 70 kilometer en zijn maximaal een paar kilometer breed, veel groter dus dan de flutes in Noord-Amerika.  De ruggen van het Hondsrugcomplex worden daarom megaflutes genoemd. 

De zand- en keileemruggen van het Hondsrugcomplex zijn tijdens de laatste fase van de vergletsjering in het Saalien ontstaan, zo’n 130.000 jaar geleden. De ruggen zijn gestroomlijnd, in het noorden smal en laag, naar het zuiden toe worden ze hoger en ook breder. Ze zijn door laagtes van elkaar gescheiden, waarin zich naderhand beekdalen van riviertjes als de Drentsche Aa, het Eelder- en Peizerdiep hebben gevormd. Nergens steken de ruggen meer dan vijf meter boven de lager gelegen beekdalen uit.

De vlakke ruggen zijn tot op heden bewaard gebleven en zijn vooral in het noordelijke deel van het Hondsrugcomplex goed in het terrein waar te nemen. Dat ze in de Weichsel-ijstijd niet zijn vernietigd, komt doordat Noord-Nederland in die tijd niet door landijs bedekt was. De uiterste zuidgrens van het landijs reikte toen net iets ten noorden van Hamburg in Duitsland.

De Pleistocene megaflutes zijn door hun lengte niet alleen bijzonder groot, in Europa vormen ze een uniek glaciologisch fenomeen. Nergens komen deze megaflutes als landschapsvorm in vergelijkbare vorm voor. Oost-Drenthe herbergt een uniek geologisch landschap, bijzonder in topografie, leeftijd en ontstaanswijze.

Hondsrug UNESCO Global Geopark

In 2010 ontstond het initiatief om de verhalen van de ontstaansgeschiedenis van het Hondsrug-gebied en van de mensen die er altijd gewoond hebben, meer inhoud en bekendheid te geven. Het gegeven dat het Hondsrug-complex in Oost-Drenthe met zijn megaflutes een unieke plek inneemt in het Pleistocene ijstijdlandschap van Noordwest-Europa, was aanleiding voor het initiatief om het Hondsruggebied voor te dragen voor een geopark. Dit leidde een paar jaren later tot de officiële erkenning. In september 2013 verkreeg het Hondsruggebied de officiële status van Hondsrug Global Geopark. 

Op 17 november 2015 besloot de Algemene Vergadering van UNESCO om de 120 Geoparken die de wereld kent, waaronder het Hondsrug Global Geopark, een UNESCO-status toe te kennen. Geopark De Hondsrug mag zich sindsdien een UNESCO Global Geopark noemen. Nederland telt op dit moment één Global Geopark. 

Tekst Harry Huisman