Warum ist Eis glatt? - wissenschaft.de
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Astronomie+Physik Nachgefragt

Warum ist Eis glatt?

Offenbar entsteht ein Gemsich aus Wasser und Eis entsteht unter der Kufe. (Bild: zsv3207/iStock)

Schwungvoll sausen Schlittschuhläufer übers Eis – was hat es mit dieser erstaunlich geringen Reibung auf sich? Wissenschaftler haben nun neue Einblicke in die Physik des eisigen Gleitens gewonnen. Entsprechend der bisherigen Annahme bildet sich durch die Reibung ein schlüpfriger Wasserfilm. Doch seine Eigenschaften sind überraschend: Es handelt sich offenbar um ein Gemisch aus Wasser und zerstoßenem Eis, das Schlittschuh und Co gleiten lässt, geht aus den Ergebnissen hervor.

Es wirkt erstaunlich: Welche physikalischen Prozesse dem Rutscheffekt auf Eis zugrunde liegen, gilt noch immer nicht als abschließend geklärt. Grundsätzlich sind sich Wissenschaftler allerdings darüber einig, dass eine feine Wasserschicht der Schlüsselfaktor ist: Demnach „surft“ ein Eisläufer gleichsam über das Eis, da sich unter den Kufen eine dünne Schicht flüssigen Wassers bildet. Doch auf handfesten Untersuchungsergebnissen basierte diese Erklärung bisher nicht: Die Merkmale dieser vermuteten Wasserschicht blieben bisher unbekannt. Zudem schien die Erklärung auch fragwürdig, da flüssiges Wasser bekanntermaßen kein besonders gutes Schmiermittel darstellt.

Um neue Einblicke in die Abläufe beim eisigen Gleiten zu erhalten, haben die Wissenschaftler ein Gerät benutzt, das einer Stimmgabel ähnelt, an der eine kleine Glasperle sitzt. Indem sie diese „Stimmgabel“ in Schwingung versetzten, konnten sie die horizontale und vertikale Verschiebung der Perle erfassen, wenn diese über Eis glitt. Wie sie erklären, war es anhand der gewonnenen Daten möglich, Informationen über die Abläufe und Materialeigenschaften zu gewinnen.

Ein Gemisch – glitschig wie Öl

So konnten die Forscher eindeutig nachweisen, dass durch die Reibung tatsächlich ein wässriger Film entsteht. Diese feine Schicht besitzt allerdings überraschende Eigenschaften, ging aus den Daten hervor: Mit einer Dicke, die dem Hundertstel der Dicke eines Haares entspricht, ist sie viel dünner als theoretisch angenommen. Der überraschendste Aspekt war allerdings: Es handelt sich nicht um „normales Wasser“, berichten die Forscher. Die Substanz ist stattdessen viskos wie Öl und besitzt komplexe Eigenschaften, geht aus den Messdaten hervor.

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Dieses unerwartete Verhalten lässt darauf schließen, dass sich das Oberflächeneis durch die Reibung beim Gleiten nicht vollständig in flüssiges Wasser umwandelt, erklären die Wissenschaftler. Stattdessen bildet sich eine Mischung aus Wasser und zerstoßenem Eis. Das Geheimnis des Rutschens auf dem frostigen Grund liegt demnach in den speziellen Eigenschaften dieser glitschigen Substanz, resümieren die Wissenschaftler.

Quelle: CNRS, Fachartikel: Physical Review X, doi: 10.1103/PhysRevX.9.041025

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