Een team van wetenschappers van Hokkaido University heeft met behulp van een geavanceerde optische microscoop een 150 jaar oud mysterie ontrafeld rond het smelten van ijskristallen aan de oppervlakte in omgevingen onder het vriespunt.

"IJs is nat op het oppervlak":sinds dit fenomeen, oppervlaktesmelten genoemd, werd meer dan 150 jaar geleden genoemd door de Britse wetenschapper Michael Faraday, de vraag waarom water op het ijsoppervlak niet bevriest in een omgeving onder nul bleef onbeantwoord.

In hun zoektocht naar het onderliggende mechanisme achter het smelten van oppervlakken, het team gebruikte een speciale optische microscoop die samen met Olympus Corp. is ontwikkeld om te observeren hoe dunne waterlagen, of quasi-vloeibare lagen (QLL's), worden geboren en verdwijnen bij verschillende temperaturen en dampdrukniveaus.

Volgens de bevindingen van de onderzoekers, dunne waterlagen maken het ijsoppervlak niet homogeen en volledig nat - een ontdekking die indruist tegen de conventionele wijsheid. QLL's, daarom, niet stabiel in evenwicht kunnen bestaan, en dus verdampen.

Verder, het team ontdekte dat QLL's zich alleen vormen wanneer het ijsoppervlak groeit of sublimeert, onder oververzadigde of onverzadigde dampomstandigheden. Deze bevinding suggereert sterk dat QLL's een metastabiele voorbijgaande toestand zijn die wordt gevormd door dampgroei en sublimatie van ijs, maar zijn afwezig in evenwicht.

"Onze resultaten zijn in tegenspraak met het conventionele begrip dat QLL-vorming bij evenwicht ondersteunt, " zegt Ken-ichiro Murata, de hoofdauteur van de studie aan de Hokkaido University. "Echter, het vergelijken van de energietoestanden tussen natte oppervlakken en droge oppervlakken, het is een logisch gevolg dat QLL's niet in evenwicht kunnen worden gehouden. Het smelten van oppervlakken speelt een belangrijke rol bij verschillende fenomenen zoals de smering op ijs, vorming van een ozongat, en opwekking van elektriciteit in onweerswolken, waarvan onze bevindingen kunnen bijdragen aan het begrip."

Het onderzoek zal waarschijnlijk een universeel raamwerk bieden voor het begrijpen van het smelten van oppervlakken op andere kristallijne oppervlakken, te.