Para el hielo El llamado 'derretimiento de la superficie' fue postulado ya en el siglo XIX por Michael Faraday:Ya por debajo del punto de fusión real, es decir, 0 ° C, se forma una fina película de líquido en la superficie libre debido a la interfaz entre el hielo y el aire. Científicos dirigidos por Markus Mezger, líder de grupo en el Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros (departamento de Hans-Jürgen Butt) y profesor de la Universidad de Viena, Ahora hemos estudiado este fenómeno con más detalle en las interfaces entre el hielo y los minerales arcillosos.

En naturaleza, este efecto es particularmente interesante en suelos de permafrost, es decir. suelos que están permanentemente congelados. Aproximadamente una cuarta parte de la superficie terrestre del hemisferio norte está cubierta por permafrost. Estos están compuestos por una mezcla de hielo y otros materiales. Las plaquetas microscópicamente delgadas se formaron a lo largo del tiempo geológico por la meteorización de los minerales arcillosos. Similar a una esponja, Mucha agua puede entrar en los poros estrechos entre las plaquetas delgadas, almacenarse allí, y congelar. Por lo tanto, hay mucha área de contacto entre el hielo y los minerales arcillosos. Por cada gramo de arcilla mineral, ¡Son unos 10 metros cuadrados de superficie! Esto provoca una proporción relativamente alta de agua líquida en la capa de fusión inducida interfacialmente ya por debajo de 0 ° C.

Los investigadores ahora han investigado qué tan rápido se mueven las moléculas de agua en la fina capa de fusión en el límite entre el hielo y el mineral de arcilla. Este valor, conocido como autodifusión, está directamente relacionado con la viscosidad del agua. Para tres minerales diferentes, Se ha demostrado que la viscosidad del agua en la capa de fusión inducida por la interfaz es a veces significativamente más alta que la del agua ordinaria, es decir, las moléculas tienen una capacidad limitada para moverse porque la capa es más viscosa. Estos resultados pueden ayudar a comprender mejor varios fenómenos en el futuro, como la estabilidad mecánica del permafrost, el transporte de nutrientes y contaminantes vegetales, y reacciones geoquímicas como los procesos de intercambio iónico en las interfaces hielo / mineral.

Por sus medidas, los científicos de Mainz colaboraron con socios en los reactores de investigación de la TU Munich y el Institut Laue-Langevin en Grenoble, Francia. Los neutrones generados en los reactores golpean la muestra a una cierta velocidad. Similar a una pelota que rebota de un vehículo que se mueve hacia ella a mayor velocidad, Las mediciones de la velocidad de los neutrones dispersos de la muestra permiten sacar conclusiones sobre el movimiento de las moléculas de agua en la capa de fusión previa inducida por la interfaz.