Buzun neden kaygan olduğu sorusu, yaklaşık iki asırdır ders kitaplarında basınç ve sürtünme kaynaklı erimeyle açıklanıyor. Lakin bilim dünyasında uzun müddettir kabul gören bu teori, son devirde yapılan çarpıcı bir araştırmayla temelinden sarsıldı.
Saarland Üniversitesi’nden Profesör Martin Müser liderliğindeki bir takım, buzun eksi 40 derece üzere çok soğuklarda bile, yüzeyinde rastgele bir erime gerçekleşmeden nasıl kaygan kalabildiğini gün yüzüne çıkardı. Gelişmiş bilgisayar simülasyonları kullanan araştırmacılar, kayganlığın sırrının ısıdan fazla su moleküllerinin içindeki elektriksel dengesizliklerde gizli olduğunu gösterdi.
Geleneksel görüşe nazaran, bir paten bıçağının yahut ayakkabı tabanının buza uyguladığı basınç, yüzeyde mikroskobik bir su katmanı oluşturuyor ve bu sıvı katman kaymayı kolaylaştırıyor. Lakin bu mantık, eksi 4 derecenin altındaki sıcaklıklarda kâfi bir açıklama değil. Bu soğuklarda yalnızca basınçla su üretmek fizikî olarak imkansız. Bu yüzden Müser ve takımı, su moleküllerinin içindeki “dipol” ismi verilen küçük artı ve eksi yük ayrışmalarına odaklandı. Olağanda buzun içinde sistemli bir kristal yapıda dizilen bu moleküller, bir kayak yahut bot tabanıyla temas ettiğinde, dışarıdaki yüklerin çekim gücüyle yerlerinden oynuyor ve taraf değiştiriyor.
Kristal yapıdan akışkan kaosa geçiş
Araştırmacıların atom düzeyinde gerçekleştirdiği simülasyonlar, iki buz kütlesi birbirine sürtündüğünde yüzeydeki kristal yapının parçalandığını gösterdi. Kayma hareketi devam ettikçe, sistemli yapı yerini “amorflaşma” olarak tanımlanan, sistemsiz ve neredeyse sıvı gibisi bir bölgeye bırakıyor. Yani buz aslında klasik manada erimiyor, fakat moleküller sabit durumlarından kurtularak kaygan bir katman oluşturuyor. Sıcaklık düştükçe bu katman daha ağır ve yapışkan bir sıvı üzere davranmaya başlıyor. Bu durum, oluşan bu yeni katmanın akmaya karşı direnç göstermesinden ötürü, dondurucu soğuklarda neden kayak yapmanın çok daha güç ve “yavaş” hissettirdiğini de açıklıyor.
Bu keşif, yalnızca kış sporları için değil, mühendislik dünyası için de orijinal bir ufuk açabilir Paten bıçaklarından kış lastiklerine, ayakkabı tabanlarından uçakların iniş kadrolarına kadar pek çok tasarım, buzun bu moleküler davranışına nazaran tekrar şekillendirilebilir. Örneğin, suyu iten pürüzsüz plastiklerin bu sistemsiz katman üzerinde daha kolay kaydığı, suyu çeken yüzeylerin ise katmanı adeta “çivileyerek” sürtünmeyi artırdığı görüldü.
Bilim insanları artık buzun yalnızca basınç ve ısıyla değil, moleküllerin yer değiştirmesiyle kayganlaştığını biliyor. Bu temel fizik bilgisi, gelecekte buzlu yollarda güvenliği artıracak yahut devasa buzulların kaya üzerindeki hareketlerini daha âlâ anlamamızı sağlayacak stratejilere dönüşebilir.
