Para gelo, o chamado 'derretimento superficial' foi postulado já no século 19 por Michael Faraday:Já abaixo do ponto de fusão real, ou seja, 0 ° C, uma fina película líquida se forma na superfície livre por causa da interface entre o gelo e o ar. Cientistas liderados por Markus Mezger, líder do grupo no Instituto Max Planck de Pesquisa de Polímeros (departamento de Hans-Jürgen Butt) e professor da Universidade de Viena, agora estudaram esse fenômeno com mais detalhes nas interfaces entre o gelo e os minerais de argila.

Na natureza, este efeito é particularmente interessante em solos permafrost - ou seja, solos que estão permanentemente congelados. Cerca de um quarto da área terrestre no hemisfério norte é coberto por permafrost. Estes são compostos por uma mistura de gelo e outros materiais. Plaquetas microscopicamente finas foram formadas ao longo do tempo geológico pelo intemperismo de minerais de argila. Semelhante a uma esponja, muita água pode entrar na fenda estreita dos poros entre as plaquetas finas, ser armazenado lá, e congelar. Portanto, existe uma grande área de contato entre o gelo e os minerais de argila. Para cada grama de argila mineral, existem cerca de 10 metros quadrados de área de superfície! Isso causa uma proporção comparativamente alta de água líquida na camada de fusão induzida interfacialmente, já abaixo de 0 ° C.

Os pesquisadores agora investigaram a rapidez com que as moléculas de água se movem na fina camada derretida na fronteira entre o gelo e o mineral de argila. Este valor, conhecido como autodifusão, está diretamente ligada à viscosidade da água. Para três minerais diferentes, foi mostrado que a viscosidade da água na camada de fusão induzida pela interface é às vezes significativamente maior do que a da água comum - isto é, as moléculas são limitadas em sua capacidade de se mover porque a camada é mais viscosa. Esses resultados podem ajudar a entender melhor vários fenômenos no futuro, como a estabilidade mecânica do permafrost, o transporte de nutrientes e poluentes vegetais, e reações geoquímicas, como processos de troca iônica em interfaces gelo / mineral.

Para suas medições, os cientistas de Mainz colaboraram com parceiros nos reatores de pesquisa da TU Munich e do Institut Laue-Langevin em Grenoble, França. Os nêutrons gerados nos reatores atingem a amostra a uma certa velocidade. Semelhante a uma bola quicando de um veículo movendo-se em sua direção a uma velocidade mais alta, As medições de velocidade dos nêutrons espalhados da amostra permitem tirar conclusões sobre o movimento das moléculas de água na camada de pré-fusão induzida pela interface.