Forscher widerlegen Jahrhunderte alte Erklärung für rutschiges Eis

Seit fast zwei Jahrhunderten galt es als gesicherte Erkenntnis: Eis ist glatt, weil Druck oder Reibung eine dünne Schicht Wasser auf seiner Oberfläche entstehen lassen. Forscher aus dem Saarland zeigten nun aber, dass diese Annahme falsch ist.

Polarität entscheidet

Diese bisherige Erklärung, die auf eine Idee von James Thomson - dem Bruder von Lord Kelvin - zurückgeht, findet sich in zahllosen Schulbüchern und schien die alltägliche Erfahrung von Stürzen auf vereisten Wegen oder eleganten Bewegungen auf der Eislaufbahn zu bestätigen. Doch an der Universität des Saarlandes wurde nun nachgewiesen, dass dieses Bild so nicht stimmt.

Ein Team um den Physiker Martin Müser konnte mithilfe hoch entwickelter Computersimulationen zeigen, dass nicht Druck oder Reibung die entscheidende Rolle spielen, sondern feine Wechselwirkungen zwischen molekularen Dipolen. Wasser besitzt eine elektrische Polarität: Jeder Molekülverband trägt einen positiven und einen negativen Ladungsschwerpunkt. In festem Eis sind diese Dipole regelmäßig im Kristallgitter angeordnet.


Trifft jedoch ein Fremdkörper wie ein Schuh, ein Ski oder ein Schlittschuh auf die Oberfläche, geraten die Dipole der beiden Materialien in Wechselwirkung - und stören die bisher geordnete Struktur.

Physiker sprechen in diesem Zusammenhang von "Frustration": Gegensätzliche Kräfte verhindern eine stabile Ordnung. Das Ergebnis ist eine ungeordnete, amorphe Schicht, die sich wie eine Flüssigkeit verhält - auch bei Temperaturen, bei denen eigentlich kein Schmelzen stattfinden dürfte.

Nicht nur für Wintersport

Eine der überraschendsten Erkenntnisse: Selbst bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt bleibt dieser Effekt bestehen. Allerdings ist die entstandene Schicht dann so zähflüssig wie Honig - technisch zwar noch flüssig, aber praktisch unbrauchbar, um darauf zu gleiten. Damit widerlegt die Studie auch die verbreitete Annahme, Skifahren sei unter -40 °C unmöglich, weil keine Gleitfilme mehr entstehen könnten.

Die Ergebnisse, veröffentlicht in Physical Review Letters, gehen weit über Wintersport hinaus. Ein tieferes Verständnis der Eisreibung könnte etwa helfen, Fahrzeuge auf glatten Straßen sicherer zu machen oder Geräte für die Erkundung eisbedeckter Monde wie Europa oder Enceladus zu entwickeln.


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