IJs smelt laagje per laagje

De Schotse fysicus Michael Faraday ontdekte 150 jaar geleden dat aan het oppervlak van ijs altijd een zeer dunne ‘film’ van quasi-vloeibaar water kleeft. Die film, die maximaal 45 nanometer dik is en dus onmogelijk zichtbaar met het blote oog, zorgt ervoor dat we uitglijden over ijs en dat gletsjers zich kunnen voortbewegen.

Hoe dat vreemdsoortige laagje onderkoeld water zich precies gedraagt, was totnogtoe onbekend. Het feit dat het zo dun is zorgt ervoor dat de precieze samenstelling en de invloed van de temperatuur erop bijzonder moeilijk zijn te onderzoeken. Maar een internationaal team van fysici is daar nu toch in geslaagd. Met ultramoderne spectroscopische methoden hielden ze de interacties van de watermoleculen in de gaten terwijl ze de temperatuur van het ijs lieten toenemen van -38 graden Celsius tot aan het smeltpunt van nul graden.

Quasi-vloeibaar

De fysici ontdekten dat de quasi-vloeibare film (gekenmerkt door moleculen die dichter bij elkaar zitten dan in vloeibaar water maar verder van elkaar dan in ijs) dikker wordt naarmate de temperatuur toeneemt. Maar dit proces verloopt niet continu, maar gradueel, ontdekten de vorsers. Meer nog: terwijl de temperatuur na -38 graden toeneemt wordt het laagje nauwelijks dikker, tot bij -16 graden plots een omslagpunt wordt bereikt. Het onderliggende laagje begint dan óók te smelten en vormt zo een tweede laagje quasi-vloeibaar water.

Het verschil tussen vloeibaar en quasi-vloeibaar leek pas te verdwijnen toen het smeltpunt in zicht kwam. Wanneer dat gepasseerd is schakelt het smeltproces een versnelling hoger en gaat het ijs direct over van vast naar vloeibaar, zonder eerst quasi-vloeibaar te worden.

Bron: Ellen Backus, Max Planck Institute for Polymer Research, Mainz in PNAS