voor ijs, zogenaamd 'surface melting' werd al in de 19e eeuw gepostuleerd door Michael Faraday:Reeds onder het werkelijke smeltpunt, d.w.z. 0 °C, een dunne vloeistoffilm vormt zich op het vrije oppervlak vanwege het grensvlak tussen ijs en lucht. Wetenschappers onder leiding van Markus Mezger, groepsleider bij het Max Planck Institute for Polymer Research (afdeling van Hans-Jürgen Butt) en professor aan de Universiteit van Wenen, hebben dit fenomeen nu in meer detail bestudeerd op grensvlakken tussen ijs en kleimineralen.

In de natuur, dit effect is vooral interessant in permafrostbodems, d.w.z. bodems die permanent bevroren zijn. Ongeveer een kwart van het landoppervlak op het noordelijk halfrond is bedekt met permafrost. Deze zijn samengesteld uit een mengsel van ijs en andere materialen. Microscopisch dunne bloedplaatjes werden in de loop van de geologische tijd gevormd door de verwering van kleimineralen. Net als bij een spons, er kan veel water in de smalle spleetporiën tussen de dunne bloedplaatjes komen, daar worden opgeslagen, en bevriezen. Daarom, er is veel contactoppervlak tussen ijs en kleimineralen. Voor elke gram kleimineraal, er zijn ongeveer 10 vierkante meter oppervlakte! Dit veroorzaakt een relatief hoog aandeel vloeibaar water in de grensvlak-geïnduceerde smeltlaag al onder 0 °C.

De onderzoekers hebben nu onderzocht hoe snel de watermoleculen bewegen in de dunne smeltlaag op de grens tussen ijs en kleimineraal. deze waarde, bekend als zelfdiffusie, is direct gekoppeld aan de viscositeit van het water. Voor drie verschillende mineralen, het is aangetoond dat de viscositeit van water in de door het grensvlak geïnduceerde smeltlaag soms aanzienlijk hoger is dan die van gewoon water, d.w.z. de moleculen zijn beperkt in hun vermogen om te bewegen omdat de laag viskeuzer is. Deze resultaten kunnen helpen om verschillende fenomenen in de toekomst beter te begrijpen, zoals de mechanische stabiliteit van permafrost, het transport van plantenvoedingsstoffen en verontreinigende stoffen, en geochemische reacties zoals ionenuitwisselingsprocessen op ijs/mineraalgrensvlakken.

Voor hun metingen, de Mainz-wetenschappers werkten samen met partners in de onderzoeksreactoren van de TU München en het Institut Laue-Langevin in Grenoble, Frankrijk. De neutronen die daar in de reactoren worden gegenereerd, treffen het monster met een bepaalde snelheid. Vergelijkbaar met een bal die terugstuitert van een voertuig dat er met een hogere snelheid naartoe rijdt, Met snelheidsmetingen van de uit het monster verstrooide neutronen kunnen conclusies worden getrokken over de beweging van de watermoleculen in de door het grensvlak geïnduceerde voorsmeltlaag.