p 150 anos atrás, o físico Michael Faraday descobriu que, na superfície do gelo congelado, bem abaixo de 0 ° C, uma fina película de água como um líquido está presente. Essa película fina torna o gelo escorregadio e é crucial para o movimento das geleiras. p Desde a descoberta de Faraday, os cientistas exploraram as propriedades desta camada semelhante à água, tentar determinar a temperatura na qual a superfície se torna semelhante a um líquido. Como a espessura da camada depende da temperatura? Como a espessura da camada aumenta com a temperatura? Continuamente? Stepwise? Os experimentos até agora mostraram geralmente uma camada muito fina, que cresce continuamente em espessura até 45 nm logo abaixo do ponto de fusão em massa a 0 ° C. Isso também ilustra por que tem sido tão desafiador estudar essa camada de água semelhante a um líquido no gelo - 45 nm é cerca de 1/1000 da espessura do cabelo humano e não é perceptível a olho nu.

p Cientistas do Instituto Max Planck para Pesquisa de Polímeros (MPI-P), em colaboração com pesquisadores da Holanda, os EUA e o Japão, estudaram as propriedades dessa camada quase líquida no gelo em nível molecular usando espectroscopia de superfície específica avançada e simulações de computador. Os resultados são publicados na última edição da revista científica Proceedings of the National Academy of Science ( PNAS )

p Os cientistas investigaram como a fina camada de líquido é formada no gelo, como cresce com o aumento da temperatura, e se é distinguível da água líquida normal. Esses estudos exigiram superfícies de cristal de gelo bem definidas. Assim, muito esforço foi feito para criar cristais únicos de gelo de aproximadamente 10 cm, que pode ser cortado de tal forma que a estrutura da superfície seja mensurável. As moléculas de água no líquido têm uma interação mais fraca umas com as outras em comparação com as moléculas de água no gelo. Usando sua espectroscopia interfacial, combinado com o aquecimento controlado do cristal de gelo, os pesquisadores foram capazes de quantificar a mudança na interação entre as moléculas de água diretamente na interface entre o gelo e o ar, e determinar se a superfície era sólida ou líquida.

p Os resultados experimentais, combinado com as simulações, mostraram que a primeira camada molecular na superfície do gelo foi fundida a temperaturas tão baixas quanto -38 ° C (235 K), a temperatura mais baixa que os pesquisadores puderam investigar experimentalmente. Aumentando a temperatura para -16 ° C (257 K), a segunda camada tornou-se líquida. O derretimento da superfície do gelo não é um processo contínuo, mas ocorre de forma descontínua, camada por camada.

p "Outra questão importante para nós era se alguém poderia distinguir entre as propriedades da camada quase líquida e as da água normal, "diz Mischa Bonn, co-autor do artigo e diretor do MPI-P. E realmente, a camada quase líquida a -4 ° C (269 K) mostra uma resposta espectroscópica diferente da água super-resfriada à mesma temperatura; na camada quase-líquida, as moléculas de água parecem interagir mais fortemente do que na água líquida.

p Os resultados não são apenas importantes para uma compreensão fundamental do gelo, mas também para a ciência do clima, como muitas reações catalíticas ocorrem em superfícies de gelo, e para o qual a compreensão da estrutura da superfície do gelo é crucial.