Figuras que ilustram o processo em que um QLL, uma fina camada de água no gelo, transforma-se em um estado de umedecimento parcial. No início (0,00 segundos), a superfície do gelo é completamente coberta pelo QLL. Depois de seis segundos, a camada se transformou em gotículas (barra de escala:10 μm). Crédito:Murata K. et al., PNAS, 17 de outubro 2016
Uma equipe de cientistas da Universidade de Hokkaido desvendou um mistério de 150 anos em torno do derretimento superficial de cristais de gelo em ambientes abaixo de zero usando um microscópio óptico avançado.
"O gelo está úmido em sua superfície":desde esse fenômeno, chamado derretimento de superfície, foi mencionado pelo cientista britânico Michael Faraday há mais de 150 anos, a questão de por que a água na superfície do gelo não congela em um ambiente abaixo de zero permaneceu sem resposta.
Em sua busca pelo mecanismo subjacente por trás do derretimento da superfície, a equipe usou um microscópio óptico especial desenvolvido em conjunto com a Olympus Corp. para observar como camadas finas de água, ou camadas quase-líquidas (QLLs), nascem e desaparecem em várias temperaturas e níveis de pressão de vapor.
De acordo com as descobertas dos pesquisadores, As finas camadas de água não umedecem de maneira homogênea e completa a superfície do gelo - uma descoberta que vai contra a sabedoria convencional. QLLs, Portanto, não são capazes de existir de forma estável em equilíbrio, e assim vaporizar.
Além disso, a equipe descobriu que QLLs se formam apenas quando a superfície do gelo está crescendo ou sublimando, sob condições de vapor supersaturado ou insaturado. Este achado sugere fortemente que QLLs são um estado transiente metaestável formado através do crescimento de vapor e sublimação de gelo, mas estão ausentes no equilíbrio.
"Nossos resultados contradizem o entendimento convencional que suporta a formação de QLL em equilíbrio, "diz Ken-ichiro Murata, o principal autor do estudo na Universidade de Hokkaido. "Contudo, comparando os estados de energia entre superfícies molhadas e superfícies secas, é uma consequência corolária de que os QLLs não podem ser mantidos em equilíbrio. O derretimento da superfície desempenha papéis importantes em vários fenômenos, como a lubrificação no gelo, formação de um buraco de ozônio, e geração de eletricidade em nuvens de tempestade, dos quais nossos achados podem contribuir para o entendimento. "
A pesquisa provavelmente fornecerá uma estrutura universal para a compreensão do derretimento superficial em outras superfícies cristalinas, também.
