TLDR: Led klouže proto, že elektrické dipóly vody narušují krystalovou mřížku a vytvářejí tenkou kapalnou vrstvičku i bez tání. Studie tuna.

Občas je důležité se rozhlédnout kolem sebe a zeptat se, jak fungují ty nejzákladnější jevy, které bereme za samozřejmost. Tak třeba led! Všichni víme, že procházka po vodě v pevném skupenství je o hubu – a dlouhodobě se to vysvětlovalo tím, že led klouže, protože se tlakem a třením rozpustí v tenké vrstvičce na vodu. Nová studie ale říká, že důvod je jiný!

Vědátoři ze Saarland University si na to vzali simulace, které detailně modelují chování jednotlivých molekul vody v mřížce ledu. Tlak ani tření dle nich nejsou hlavní příčinou. Klíčová je vlastnost molekul vody samotných – jejich elektrické dipóly, tedy to, že jeden konec molekuly je kladnější a druhý zápornější. Tyhle malé náboje se totiž chovají jako všeteční návštěvníci, co rozvrátí večírek v krystalové mřížce.

„Takže žádná vrstva vody?”

Tezi vědci ze Sárska nezahodili zcela – pořád platí, že led klouže kvůli tenké vrstvičce kapalné vody. Ta však podle nového výzkumu nevzniká tlakem a třením. To by totiž znamenalo: více tepla → více tání. Autoři výzkumu namísto toho míní, že vrstvička kapalné vody vzniká kvůli elektrickým dipólům.

Aby toho nebylo málo, ukázalo se, že roli hraje i povrch materiálu, který po ledu klouže. Pokud je hydrofobní (vodu odpuzuje), je vrstvička volnější a kluzkost vyšší. Naopak hydrofilní povrchy (vodu přitahující) mají tendenci tuhle „slizkou“ vrstvu víc držet, takže se paradoxně klouže o něco hůř. Jinými slovy: není led jako led a není bota jako bota.

Když se ledu dotkne podrážka nebo brusle, jejich dipóly jako narušitelé rozhodí uspořádání molekul v mřížce ledu. Ta se nezahřeje – ale přesto zhroutí se do amorfní kapalné vrstvy vody. Pořád je to tedy tekutá (a klouzavá) voda, jen nevznikla táním, nýbrž rozbitím krystalového pořádku!

„Jsou nějaké extrémy, kdy to nevzniká?”

To je úplná pecka – vrstvička se objeví i při extrémních teplotách kolem −200 °C! Jenže čím je chladněji, tím hustší a „medovější“ ta kapalná fáze je. Bruslit by se v takových podmínkách pořád dalo, ale spíš by to vypadalo jako ploužák přes parket zalitý karamelem.

Nejde jen o to, že teď víme, proč jsme si vloni zlomili hnátu. Stejná zvláštní vrstvička se tvoří i na krystalech ledu v bouřkových oblacích. Právě tam dochází k přeskupování nábojů, což je klíčový krok k nabíjení mraků a vzniku blesků.

A tím to nekončí – podobné amorfní povrchové vrstvy ovlivňují i to, jak led reaguje v přírodě. Od srážek sněhových vloček, přes formování lavin, až po atmosférickou elektřinu. Nový výzkum tak neřeší jen náš hokej nebo zlomeniny, ale i velké otázky o klimatu a bouřkách.

„To je pěkný, na takovou blbost!”

No protože zkoumání různých jevů kolem nás není blbost – právě takhle, jen skrze lidskou zvědavost po tom, jak věci fungují, se dělají nejzajímavější a nakonec i zcela praktické objevy!

Jinými slovy: porozumět kluzkosti ledu znamená lépe pochopit i to, proč nám nad hlavou praskají obří elektrické jiskry, které stále ročně páchají škody na životě i majetku. Tak to už ale bývá, že zamyšlení nad základními neznámými i známými mohou mít nečekaná rozuzlení!

[Ladislav Loukota

Vědátor vznikl jako spinoff spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd, dnes jej provozuje spolek Hyperion Media. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – kontaktní mail je [email protected]