Przez ponad dwa stulecia naukowcy debatowali nad zaskakująco złożonym powodem, dla którego lód jest śliski. Chociaż powszechnie przyjmuje się, że obecność cienkiej warstwy wody na powierzchni jest kluczowym czynnikiem powodującym poślizgnięcie się i upadek na zamarzniętych powierzchniach, przyczyna tworzenia się tej warstwy pozostaje przedmiotem dyskusji. Niedawne badania sugerują, że odpowiedź może nie leżeć w jednym mechanizmie, ale w kombinacji czynników – lub w czymś zupełnie nowym, czego jeszcze nie do końca rozumiemy.
Stare teorie
Pierwsze wyjaśnienie, pochodzące z połowy XIX wieku, sugerowało, że ciśnienie spowodowane ciężarem lub ruchem obniża temperaturę topnienia lodu, tworząc smarującą warstwę wody. Chociaż zostało to poparte danymi eksperymentalnymi, teoria została później zakwestionowana, gdy obliczenia wykazały, że typowa waga danej osoby lub prędkość jazdy na nartach nie wytworzyłyby wystarczającego ciśnienia, aby spowodować znaczne stopienie.
Druga hipoteza wskazywała na tarcie generujące ciepło. Tarcie z lodem wytwarza ciepło, topiąc powierzchnię. Jednak to wyjaśnienie nie uwzględnia chwilowej śliskości: lód wydaje się śliski jeszcze zanim zacznie się poruszać. Co więcej, badania pokazują, że materiały dobrze przewodzące ciepło redukują śliskość, co zaprzecza poglądowi, że jedyną przyczyną jest ciepło.
Trzecia główna teoria dotyczy wstępnego stopienia powierzchni : istnienia naturalnej cienkiej warstwy ciekłej wody na lodzie nawet w temperaturach poniżej zera. Uważa się, że warstwa ta powstaje, ponieważ cząsteczki powierzchniowe są słabiej związane niż cząsteczki wewnątrz lodu, co czyni je bardziej mobilnymi. Problem w tym, że chociaż jest on powszechnie akceptowany, jego rola w zwiększaniu śliskości pozostaje przedmiotem dyskusji.
Ostateczny przełom: amorfizacja
Z ostatnich badań przeprowadzonych na Uniwersytecie Saary wynika, że żadna z powyższych teorii nie wyjaśnia w pełni tego zjawiska. Zamiast tego proponują proces zwany amorfizacją. Polega na mechanicznym rozbiciu uporządkowanej krystalicznej struktury lodu podczas jego przesuwania, tworząc nieuporządkowaną warstwę przypominającą ciecz.
Eksperymenty pokazują, że nawet w ekstremalnie niskich temperaturach, gdy topnienie jest minimalne, lód pozostaje śliski. Sugeruje to, że pewną rolę odgrywają zmiany strukturalne, a nie tylko topnienie wywołane temperaturą. Symulacje zespołu pokazują, że siły ślizgowe deformują powierzchnię lodu, tworząc amorficzną warstwę, która gęstnieje w miarę kontynuacji ruchu. Odkształcenie to jest szczególnie wyraźne, gdy materiały silnie przyciągające wodę ślizgają się po lodzie.
Dalsze działania: zintegrowane podejście
Obecny konsensus wśród badaczy zmierza w kierunku jednolitego zrozumienia: ciśnienie, tarcie i wstępne topienie przyczyniają się w pewnym stopniu. Jednakże odkrycie amorfizacji uwydatnia możliwość, że awaria mechaniczna odgrywa ważną rolę, szczególnie w chłodniejszych warunkach.
Długotrwałe spory mogą wynikać z odmiennej terminologii i niechęci do otwartej dyskusji na temat sprzecznych punktów widzenia w środowisku naukowym. Jak zauważa Daniel Bonn, fizyk z Uniwersytetu w Amsterdamie, „fakt, że badacze lodu rzeczywiście mają różne i sprzeczne opinie, ale nie przekazują sobie nawzajem swoich sporów”, może hamować postęp.
Ostatecznie wydaje się, że tajemnica lodu została rozwiązana. Holistyczne zrozumienie, które obejmuje odkształcenie mechaniczne wraz z efektami termicznymi, prawdopodobnie zapewni najdokładniejsze wyjaśnienie.
