Seit über zwei Jahrhunderten diskutieren Wissenschaftler über den überraschend komplexen Grund, warum Eis rutschig ist. Während das Vorhandensein einer dünnen Wasserschicht auf der Oberfläche allgemein als Schlüssel zum Gleiten oder Stolpern auf gefrorenen Oberflächen gilt, bleibt das Warum dieser Schicht ein umstrittener Punkt. Neuere Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die Antwort möglicherweise nicht ein einzelner Mechanismus ist, sondern eine Kombination von Faktoren – oder etwas völlig Neues, das wir noch nicht vollständig verstanden haben.
Die altbewährten Theorien
Die früheste Erklärung stammt aus der Mitte des 19. Jahrhunderts und ging davon aus, dass Druck durch Gewicht oder Bewegung den Schmelzpunkt von Eis senkt und so einen schmierenden Wasserfilm erzeugt. Obwohl diese Theorie durch experimentelle Daten gestützt wurde, wurde sie später in Frage gestellt, als Berechnungen ergaben, dass das typische menschliche Gewicht oder die Geschwindigkeit beim Skifahren keinen ausreichenden Druck für ein signifikantes Schmelzen ausübt.
Eine zweite Hypothese deutete auf Reibungserwärmung hin. Beim Reiben gegen Eis entsteht Hitze, die die Oberfläche zum Schmelzen bringt. Diese Erklärung berücksichtigt jedoch nicht die unmittelbare Glätte: Eis fühlt sich bereits vor Beginn der Bewegung rutschig an. Darüber hinaus zeigen Studien, dass Materialien, die Wärme gut leiten, die Rutschfestigkeit verringern, was der Vorstellung widerspricht, dass allein Wärme dafür verantwortlich ist.
Die dritte große Theorie betrifft das Oberflächen-Vorschmelzen : die Existenz einer natürlich dünnen Schicht flüssigen Wassers auf Eis, sogar unterhalb des Gefrierpunkts. Es wird angenommen, dass sich diese Schicht bildet, weil die Oberflächenmoleküle weniger fest gebunden sind als diejenigen in der Eismasse, was sie beweglicher macht. Das Problem: Obwohl es weithin akzeptiert wird, bleibt seine Rolle bei der Glätte umstritten.
Der neueste Durchbruch: Amorphisierung
Aktuelle Untersuchungen der Universität des Saarlandes legen nahe, dass keine der oben genannten Theorien das Phänomen vollständig erklären kann. Stattdessen schlagen sie einen Prozess namens Amorphisierung vor. Dabei wird die geordnete Kristallstruktur des Eises durch Gleiten mechanisch gestört, wodurch eine ungeordnete, flüssigkeitsähnliche Schicht entsteht.
Experimente zeigen, dass Eis selbst bei extrem niedrigen Temperaturen, bei denen das Schmelzen minimal ist, rutschig bleibt. Dies deutet darauf hin, dass strukturelle Veränderungen – nicht nur temperaturbedingtes Schmelzen – eine Rolle spielen. Die Simulationen des Teams deuten darauf hin, dass Gleitkräfte die Eisoberfläche verformen und eine amorphe Schicht erzeugen, die bei fortgesetzter Bewegung dicker wird. Diese Verformung ist besonders ausgeprägt, wenn Materialien mit starker Wasseranziehung über das Eis gleiten.
Der Weg nach vorne: Ein kombinierter Ansatz
Der aktuelle Konsens unter Forschern verschiebt sich in Richtung eines kombinierten Verständnisses: Druck, Reibung und Vorschmelzen tragen alle in gewissem Maße dazu bei. Die Entdeckung der Amorphisierung unterstreicht jedoch die Möglichkeit, dass mechanische Störungen eine entscheidende Rolle spielen, insbesondere bei kälteren Bedingungen.
Die anhaltende Meinungsverschiedenheit kann auf unterschiedliche Terminologien und die Zurückhaltung zurückzuführen sein, widersprüchliche Standpunkte innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft offen zu diskutieren. Wie Daniel Bonn, Physiker an der Universität Amsterdam, feststellt: „Die Tatsache, dass Eisforscher zwar unterschiedliche und widersprüchliche Meinungen haben, sich aber nicht wirklich sagen, dass sie anderer Meinung sind“, könnte den Fortschritt behindern.
Letztendlich scheint sich das rutschige Rätsel des Eises zu lösen. Ein ganzheitliches Verständnis, das neben thermischen Effekten auch mechanische Verformungen berücksichtigt, wird wahrscheinlich die genaueste Erklärung liefern.
