Eles intuíram que as moléculas próximas à superfície se comportam de maneira diferente daquelas nas profundezas do gelo. O gelo é um cristal, o que significa que cada molécula de água está presa em uma rede periódica. No entanto, na superfície, as moléculas de água têm menos vizinhos com quem se ligar e, portanto, têm mais liberdade de movimento do que no gelo sólido. Nessa chamada camada pré-fundida, as moléculas são facilmente deslocadas por um skate, um esqui ou um sapato.
Hoje, os cientistas geralmente concordam que a camada pré-derretida existe, pelo menos perto do ponto de fusão, mas discordam sobre o seu papel na escorregadiaidade do gelo.
Há alguns anos, Luis MacDowellfísico da Universidade Complutense de Madrid, e seus colaboradores correram uma série de simulações para estabelecer qual das três hipóteses – pressão, fricção ou pré-fusão – explica melhor a escorregadia do gelo. “Em simulações de computador, você pode ver o movimento dos átomos”, disse ele – algo que não é viável em experimentos reais. “E você pode realmente olhar para os vizinhos desses átomos” para ver se eles estão periodicamente espaçados, como num sólido, ou desordenados, como num líquido.
Eles observaram que o bloco de gelo simulado estava de fato revestido com uma camada semelhante a um líquido com apenas algumas moléculas de espessura, como prevê a teoria da pré-fusão. Quando simularam um objeto pesado deslizando na superfície do gelo, a camada ficou mais espessa, de acordo com a teoria da pressão. Finalmente, eles exploraram o aquecimento por fricção. Perto do ponto de derretimento do gelo, a camada pré-derretida já period espessa, então o aquecimento por fricção não a afetou significativamente. Em temperaturas mais baixas, porém, o objeto deslizante produzia calor que derreteu o gelo e engrossou a camada.
“Nossa mensagem é: todas as três hipóteses controversas operam simultaneamente em um ou outro grau”, disse MacDowell.
Hipótese 4: Amorfização
Ou talvez o derretimento da superfície não seja a principal causa do escorregadio do gelo.
Recentemente, uma equipa de investigadores da Universidade de Saarland, na Alemanha, identificou argumentos contra as três teorias prevalecentes. Primeiro, para que a pressão fosse alta o suficiente para derreter a superfície do gelo, a área de contato entre (digamos) os esquis e o gelo teria que ser “excessivamente pequena”. eles escreveram. Em segundo lugar, para um esqui que se desloca a uma velocidade realista, as experiências mostram que a quantidade de calor gerada pela fricção é insuficiente para causar o derretimento. Terceiro, eles descobriram que em temperaturas extremamente baixas, o gelo ainda é escorregadio, mesmo que não haja uma camada pré-derretida. (As moléculas de superfície ainda têm escassez de vizinhos, mas em baixas temperaturas elas não têm energia suficiente para superar as fortes ligações com as moléculas sólidas de gelo.) “Então, ou o escorregadio do gelo vem de uma combinação de todos eles ou de alguns deles, ou há algo mais que ainda não sabemos”, disse Achraf Atilaum cientista de materiais da equipe.
Os cientistas procuraram explicações alternativas em pesquisas sobre outras substâncias, como os diamantes. Os polidores de pedras preciosas sabem há muito tempo por experiência própria que alguns lados de um diamante são mais fáceis de polir ou “mais macios” do que outros. Em 2011, outro grupo de pesquisa alemão publicou um artigo explicando esse fenômeno. Eles criaram simulações computacionais de dois diamantes deslizando um contra o outro. Os átomos na superfície foram mecanicamente retirados de suas ligações, o que lhes permitiu mover-se, formar novas ligações e assim por diante. Esse deslizamento formou uma camada “amorfa” sem estrutura. Em contraste com a natureza cristalina do diamante, esta camada é desordenada e se comporta mais como um líquido do que como um sólido. Este efeito de amorfização depende da orientação das moléculas na superfície, de modo que alguns lados de um cristal são mais macios que outros.
Atila e seus colegas argumentam que um mecanismo semelhante acontece no gelo. Eles simularam superfícies de gelo deslizando umas contra as outras, mantendo a temperatura do sistema simulado baixa o suficiente para garantir a ausência de derretimento. (Qualquer escorregadio teria, portanto, uma explicação diferente.) Inicialmente, as superfícies atraíram-se umas às outras, tal como os ímanes. Isso ocorreu porque as moléculas de água são dipolos, com concentrações desiguais de carga positiva e negativa. A extremidade positiva de uma molécula atrai a extremidade negativa de outra. A atração do gelo criou pequenas soldas entre as superfícies deslizantes. À medida que as superfícies deslizavam umas sobre as outras, as soldas se rompiam e novas se formavam, mudando gradualmente a estrutura do gelo.
