Γιατί γλιστράει ο πάγος - Η επιστήμη έχει επιτέλους την απάντηση και δεν είναι η προφανής

Εδώ και πάνω από εκατό χρόνια, οι επιστήμονες προσπαθούν να εξηγήσουν γιατί ο πάγος γλιστράει. Η πιο διαδεδομένη ιδέα ήταν ότι ο πάγος λιώνει σχηματίζοντας ένα λεπτό στρώμα νερού, αλλά κανείς δεν μπορούσε να εξηγήσει από πού προκύπτει αυτό το νερό, ειδικά σε θερμοκρασίες πολύ κάτω από το μηδέν. Οι πιο πιθανές εξηγήσεις ήταν τρεις αλλά καμία δεν ικανοποιούσε τα πειραματικά δεδομένα. Σε πολλές περιπτώσεις, η θερμοκρασία δεν ανεβαίνει αρκετά και η πίεση από μόνη της δεν αρκεί για να εξηγήσει την ολισθηρότητα.

Πώς διεξήχθη η μελέτη

Για να ερμηνεύσουν το φαινόμενο, οι ερευνητές, των οποίων η εργασία δημοσιεύεται στο περιοδικό Physical Review Letters, στράφηκαν σε προσομοιώσεις που παρακολουθούν τη συμπεριφορά κάθε μορίου νερού ξεχωριστά. Χρησιμοποίησαν ένα μοντέλο που αναπαράγει με ακρίβεια τόσο τον πάγο όσο και το υγρό νερό. Ξεκίνησαν με δύο τέλειους κρυστάλλους πάγου, σε εξαιρετικά χαμηλή θερμοκρασία, και τους έφεραν σε επαφή, χωρίς καν να τους κινήσουν αρχικά.

Όπως διαβάζουμε στο The Brighter Side Of News, ακόμη και ακίνητοι, οι δύο κρύσταλλοι δεν ήταν απόλυτα σταθεροί. Σε μικροσκοπικά σημεία επαφής, τα μόρια νερού λειτουργούσαν σαν αδύναμοι κρίκοι, χωρίς να χρειάζονται ατέλειες ή θέρμανση για να εμφανιστούν. Αρκεί ο τρόπος που διατάσσονταν τα μόρια στην επιφάνεια, δημιουργώντας προϋποθέσεις για αλλαγές μόλις ξεκινήσει η ολίσθηση.

Οι αλλαγές στη δομή του πάγου

Με την έναρξη της κίνησης, τα αδύναμα σημεία αρχίζουν να παραμορφώνονται. Η δομή του πάγου χάνεται τοπικά και σχηματίζεται ένα άμορφο στρώμα που μοιάζει με πολύ ψυχρό νερό. Αυτό το στρώμα δεν προκύπτει από τήξη, αλλά από αναδιάταξη των μορίων. Ο πάγος, λόγω της «ανοιχτής» δομής του, επιτρέπει τέτοιες αλλαγές με ελάχιστη ενέργεια, ακόμη και σε ακραίο κρύο.

Οι ερευνητές εξέτασαν και την ιδέα ότι δύο τέλειοι, λείοι κρύσταλλοι θα μπορούσαν να γλιστρούν χωρίς τριβή. Στην πράξη, αυτό δεν ισχύει για ρεαλιστικές συνθήκες γιατί οι δυνάμεις που αντιστέκονται στην κίνηση παραμένουν υψηλές. Η χαμηλή τριβή εμφανίζεται μόνο όταν υπάρχει ένα επαρκές άμορφο ή υγρό στρώμα ανάμεσα στις επιφάνειες.

Ένα από τα πιο εντυπωσιακά ευρήματα είναι ότι το πάχος του άμορφου στρώματος αυξάνεται όσο συνεχίζεται η κίνηση, όχι όσο ανεβαίνει η θερμοκρασία. Η διαδικασία εξαρτάται από τη μετατόπιση, όχι από το ζέσταμα. Μάλιστα, ο πολύ κρύος πάγος μπορεί να «διαλύεται» δομικά πιο γρήγορα από τον λιγότερο κρύο. Αυτό ανατρέπει την ιδέα ότι το πρόβλημα στο έντονο ψύχος είναι η έλλειψη λιωμένου νερού.

Πότε ο πάγος γίνεται πραγματικά ολισθηρός

Στις προσομοιώσεις που πλησιάζουν τις πραγματικές συνθήκες, φάνηκε ότι η υφή και η χημεία της επιφάνειας παίζουν τεράστιο ρόλο. Επιφάνειες που «αγαπούν» το νερό κολλάνε περισσότερο στον πάγο, ενώ όσες το απωθούν γλιστρούν πολύ ευκολότερα. Το συμπέρασμα είναι σαφές: ο πάγος γίνεται πραγματικά ολισθηρός όταν σχηματίζεται ένα άμορφο στρώμα και η επιφάνεια που κινείται πάνω του δεν το φρενάρει.