As moléculas próximas à superfície são projetadas para se comportar de maneira diferente das profundezas do gelo. É gelo cristalino, que é envolvido por moléculas individuais de água em uma rede periódica. No entanto, na superfície as moléculas de água têm menos vizinhos de ligação e, portanto, têm mais liberdade de movimento do que no gelo sólido. Nesta camada, as chamadas moléculas são facilmente amolecidas por patins, esquis ou sapatos.
Hoje, os cientistas geralmente concordam que a camada foi comprimida, ou perto do ponto de fusão, mas discordam sobre o papel do gelo escorregadio.
Há alguns anos, Lewis MacDowellum cientista da Universidade Complutense de Madrid e seus atuais colaboradores uma série de simulações Qual das três hipóteses, pressão, fricção ou pressão, explica melhor o gelo escorregadio? “Em simulações de computador, você pode ver os átomos se movendo”, diz ele, o que não pode ser feito em experimentos reais. “E você pode realmente olhar para os vizinhos desses átomos” para ver se eles estão separados periodicamente, como em um sólido, ou desordenados, como em um líquido.
Eles observaram que o bloco de gelo simulado estava coberto por uma camada semelhante de líquido com algumas moléculas de espessura, exatamente como prevê a teoria dos precursores. Quando simularam deslizamentos fortes na superfície do gelo, a camada engrossou, consistente com a teoria da pressão. Finalmente, eles investigaram o aquecimento por fricção. Perto do ponto de fusão do gelo, a camada pré-fundida já era 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 lava.
“Nossa mensagem é: todas as três hipóteses controversas funcionam juntas em um grau ou outro”, disse MacDowell.
Hipótese 4: Amorfização
Ou talvez o derretimento da superfície não seja a principal causa do gelo escorregadio.
Recentemente, uma equipa de investigadores da Universidade de Saarland, na Alemanha, identificou evidências contra as três teorias prevalecentes. Primeiro, para que a pressão seja suficientemente elevada para quebrar a superfície do gelo, a área de contacto entre o esqui e o gelo precisa de ser “excessivamente pequena”; eles escreveram. Em segundo lugar, para o esqui que se move a uma velocidade realista, as experiências mostram que a quantidade de calor gerada pela fricção é insuficiente para o derreter. Terceiro, descobriram que nas temperaturas mais frias, o gelo ainda é escorregadio, embora nenhuma camada tenha sido pré-derretida. (As moléculas de superfície ainda têm escassez de vizinhos, mas a baixas temperaturas não têm força suficiente para superar ligações fortes com moléculas de gelo sólido.) “Portanto, ou o gelo escorregadio vem de um complexo de todos ou de alguns deles, ou é outra coisa que ainda não sabemos”, diz ele. Achraf Atilacientista de materiais na equipe.
Os cientistas têm procurado 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 do que outros, ou “mais macios”. Em 2011, outro grupo de pesquisa alemão Ele publicou um artigo explicando o fenômeno. Simulações de computador criaram dois diamantes deslizando um contra o outro. Os átomos na superfície foram organicamente retirados das ligações, o que lhes permitiu mover-se, formar novas ligações e assim por diante. Esta estrutura de camada deslizante é “amorfa”. Ao contrário da natureza cristalina do diamante, esta camada é desordenada e parece mais um líquido do que um sólido. Este efeito de amorfização depende da orientação das moléculas na superfície, de modo que alguns lados do cristal são mais macios que outros.
Átila e seus colegas afirmam que um dispositivo semelhante pode ser feito no gelo. Eles simularam as superfícies de gelo deslizando umas sobre as outras, mantendo a temperatura do sistema simulado baixa o suficiente para causar o derretimento. No início, portanto, as superfícies atraíam-se umas às outras, como ímanes. Isso ocorre porque as moléculas de água são dipolos, com concentrações positivas e negativas desiguais. A extremidade positiva de uma molécula atrai a extremidade negativa da outra. A tração criada no gelo contrai as minúsculas partículas entre as superfícies deslizantes. À medida que as superfícies deslizavam umas contra as outras, os blocos quebravam-se e formavam novos, mudando gradualmente a estrutura do gelo.
