¿Por qué la superficie del hielo no se congela bajo cero?

Científicos de la Universidad de Hokkaido ha desentrañado un misterio de 150 años que rodea el derretimiento superficial de cristales de hielo en ambientes bajo cero. "El hielo está húmedo en su superficie": este fenómeno, llamado derretimiento superficial, fue mencionado por el científico británico Michael Faraday hace más de 150 años. La cuestión de por qué el agua en la superficie del hielo no se congela en un ambiente bajo cero quedó sin respuesta.

En su búsqueda del mecanismo subyacente detrás de la fusión superficial, el equipo utilizó un microscopio óptico especial desarrollado conjuntamente con Olympus Corp. para observar cómo las capas delgadas del agua, o capas cuasi-líquidas (QLLs), nacen y desaparecen en varios niveles de temperatura y presión de vapor.

"El hielo está humedo en la superficie"

Según las conclusiones de los investigadores, las capas delgadas de agua no humedecen homogénea y completamente la superficie del hielo, un descubrimiento que va en contra de la sabiduría convencional. Las QLL, por lo tanto, no son capaces de existir establemente en el equilibrio, y así se vaporizan.

Además, el equipo descubrió que las QLLs sólo se forman cuando la superficie del hielo crece o se sublima, bajo condiciones de vapor sobresaturado o insaturado. Este hallazgo sugiere fuertemente que las QLL son un estado transitorio metaestable formado a través del crecimiento del vapor y la sublimación del hielo, pero están ausentes en el equilibrio.

"Nuestros resultados contradicen la comprensión convencional que apoya la formación de QLL en equilibrio", dice Ken-ichiro Murata, autor principal del estudio en la Universidad de Hokkaido. Sin embargo, comparando los estados de energía entre superficies húmedas y superficies secas, es una consecuencia corolaria que los QLLs no pueden mantenerse en equilibrio.

La fusión superficial desempeña papeles importantes en diversos fenómenos tales como la lubricación en hielo, la formación de un agujero de ozono y la generación de la electricidad en nubes de tormenta, de las que nuestros hallazgos pueden contribuir a la comprensión". Es probable que la investigación proporcione un marco universal para comprender la fusión superficial en otras superficies cristalinas, también.