IJs onder druk? Nieuwe studie brengt een revolutie teweeg in ons begrip!

IJs onder druk? Nieuwe studie brengt een revolutie teweeg in ons begrip!

Een onderzoeksteam onder leiding van Martin Müser van de Universiteit van Saarland heeft nieuwe inzichten opgeleverd over het smelten van ijs. In computersimulaties ontdekten de wetenschappers dat eerdere aannames dat druk en wrijving de belangrijkste oorzaken van smelten waren, onjuist waren. De resultaten zijn gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift *Physical Review Letters* en vertegenwoordigen een fundamentele heroverweging van de glaciologie.

Traditioneel werd vertrouwd op de combinatie van druk en wrijving, zoals van schoenen op ijs, om watervorming te veroorzaken. Uit de nieuwste bevindingen blijkt echter dat de oriëntatie van de moleculen op het ijsoppervlak cruciaal is voor de vorming van een dunne vloeistoflaag. Deze wanorde tussen de ijskristallen zorgt ervoor dat er een stroperige film ontstaat op het grensvlak tussen het ijs en de ski's, zelfs bij zeer lage temperaturen, zelfs onder de -40 graden Celsius. Dit gebeurt ongeacht druk en wrijving, omdat de interacties tussen de dipolen van de ijsmoleculen en de schoenzool cruciaal zijn.

De rol van oppervlaktesmelt

De verschijnselen die optreden in verband met het smelten en bevriezen van ijs zijn uiterst complex. Oppervlaktesmelten is een natuurlijk proces dat ongeacht de temperatuur plaatsvindt. Zelfs als dit onder het smeltpunt ligt, kan zich een mobiele waterlaag op het ijs vormen, wat de gladheid van het ijs beïnvloedt. Het oppervlak van het ijs blijft vloeibaar en vergroot de mogelijke schade, zoals het barsten van onbeschermde waterleidingen bij vorst wanneer ijskoud water uitzet. Dit wordt versterkt door de eigenschappen van het water, dat onder het vriespunt stabiel blijft.

Wetenschappers Joost M.W. Frenken en J. Friso van der Veen hebben in de jaren tachtig experimenteel aangetoond dat oppervlaktesmelting een relevant fenomeen is. Onzuiverheden, zoals zouten, beïnvloeden de dikte van de gevormde vloeistoffilm en dragen bij aan de complexiteit van het smeltgedrag. Deze bevindingen zijn niet alleen van groot belang voor een diepgaand begrip van de eigenschappen van ijs, maar ook voor meteorologische verschijnselen, omdat de dunne vloeistoflaag een rol speelt bij de vorming van onweersbuien.

De eigenschappen van ijs

IJs zelf is de vaste toestand van water (H2O) en stolt bij temperaturen onder 0 °C. Het heeft een hexagonale kristalstructuur en behoort tot de minerale klasse van oxiden en hydroxiden. Een belangrijke eigenschap van ijs is de dichtheidsafwijking: ijs heeft een lagere dichtheid dan vloeibaar water, waardoor het op water blijft drijven. Deze eigenschap heeft enorme gevolgen voor de mondiale watercyclus en ecologie.

Het gebruik van ijs op verschillende gebieden, zoals voedselkoeling en sport, is wijdverbreid. Bovendien is glaciologie, de wetenschap van het ijs, een steeds relevanter onderzoeksgebied, vooral in verband met klimaatverandering en de gevolgen daarvan voor ijsmassa’s wereldwijd.

Samenvattend vertegenwoordigt de ontdekking van de nieuwe mechanismen van het smelten van ijs door het team van Müser een paradigmaverschuiving die mogelijk verreikende gevolgen zou kunnen hebben voor het begrip van ijs en zijn gedrag. De exacte gevolgen blijven echter voorlopig onduidelijk.