Per il ghiaccio, la cosiddetta "fusione superficiale" fu postulata già nel XIX secolo da Michael Faraday:già al di sotto del punto di fusione effettivo, cioè 0 °C, sulla superficie libera si forma una sottile pellicola liquida a causa dell'interfaccia tra ghiaccio e aria. Scienziati guidati da Markus Mezger, capogruppo al Max Planck Institute for Polymer Research (dipartimento di Hans-Jürgen Butt) e professore all'Università di Vienna, hanno ora studiato questo fenomeno in modo più dettagliato alle interfacce tra ghiaccio e minerali argillosi.

In natura, questo effetto è particolarmente interessante nei suoli di permafrost, ad es. suoli che sono permanentemente congelati. Circa un quarto della superficie terrestre nell'emisfero settentrionale è coperto dal permafrost. Questi sono composti da una miscela di ghiaccio e altri materiali. Le piastrine microscopicamente sottili si sono formate nel corso del tempo geologico dall'erosione dei minerali argillosi. Simile a una spugna, molta acqua può entrare negli stretti pori della fessura tra le sottili piastrine, essere immagazzinato lì, e congelare. Perciò, c'è molta area di contatto tra ghiaccio e minerali argillosi. Per ogni grammo di minerale argilloso, ci sono circa 10 mq di superficie! Ciò provoca una proporzione relativamente elevata di acqua liquida nello strato di fusione indotto interfaccialmente già al di sotto di 0 °C.

I ricercatori hanno ora studiato la velocità con cui le molecole d'acqua si muovono nel sottile strato di fusione al confine tra il ghiaccio e il minerale argilloso. Questo valore, noto come autodiffusione, è direttamente legato alla viscosità dell'acqua. Per tre diversi minerali, è stato dimostrato che la viscosità dell'acqua nello strato fuso indotto dall'interfaccia è talvolta significativamente superiore a quella dell'acqua ordinaria, cioè, le molecole sono limitate nella loro capacità di movimento perché lo strato è più viscoso. Questi risultati possono aiutare a comprendere meglio vari fenomeni in futuro, come la stabilità meccanica del permafrost, il trasporto di nutrienti vegetali e inquinanti, e reazioni geochimiche come i processi di scambio ionico alle interfacce ghiaccio/minerale.

Per le loro misurazioni, gli scienziati di Mainz hanno collaborato con partner presso i reattori di ricerca della TU Munich e dell'Institut Laue-Langevin di Grenoble, Francia. I neutroni generati nei reattori lì colpiscono il campione a una certa velocità. Simile a una palla che rimbalza indietro da un veicolo che si muove verso di essa a una velocità maggiore, le misurazioni della velocità dei neutroni dispersi dal campione consentono di trarre conclusioni sul movimento delle molecole d'acqua nello strato di prefusione indotto dall'interfaccia.