PATAPUM!
Ahia, che male , sono di nuovo caduto sul ghiaccio…Mentre mi rialzo lentamente e un poco dolorante mi chiedo: “Ma perché scivoliamo sul ghiaccio?”. Nonostante la scarsa lucidità data dal momento, arrivo ad una soluzione abbastanza convincente: perché la superficie del ghiaccio è ricoperta da un sottile strato acquoso…ciò rende il ghiaccio scivoloso! A questo punto, però, la domanda si tramuta in: “Ma perché si forma questo strato?”. Ed è qui che è sorto l’impellente bisogno di approfondire questa tematica scoprendo (forse sorprendentemente) che è una questione ancora aperta e che all’inizio del 2025 alcuni ricercatori in Germania hanno proposto una quarta teoria (sì, ce ne erano già tre in circolazione) per spiegare il fenomeno.
Analizziamole tutte con ordine.
Ipotesi 1: Pressione
Verso la metà del 1800, un ingegnere inglese di nome James Thomson ipotizzò che la pressione esercitata sulla superficie del ghiaccio con i nostri piedi provocasse il suo scioglimento e dunque la sua scivolosità. Il ghiaccio si scioglie a zero gradi Celsius, ma con una pressione è possibile abbassare il punto di fusione e ottenere questo fenomeno di scioglimento anche a temperature più basse. Negli anni ’30 del 1900, tuttavia, due ricercatori nel Laboratorio di Chimica e Fisica dell’Università di Cambridge calcolarono che uno sciatore medio esercita una pressione media troppo bassa per alternare il punto di fusione del ghiaccio. Per avere un effetto significativo, lo sciatore dovrebbe pesare migliaia di chilogrammi…
Ipotesi 2: Attrito
Gli stessi ricercatori di Cambridge (Bowden e Hughes) proposero una spiegazione alternativa: lo strato d’acqua si forma a causa del calore generato dall’attrito tra il ghiaccio e gli oggetti che vi scivolano sopra. La loro teoria è stata testata nelle Alpi Svizzere, utilizzando un congegno in grado di misurare l’attrito tra ghiaccio e altri materiali, e notando come esso sia maggiore con materiali ottimi conduttori (come l’ottone) e decisamente inferiore con conduttori scadenti (come l’ebanite). Da ciò la conclusione che il ghiaccio sia più scivoloso quando viene strofinato con materiali isolanti. Questo supporta la teoria dello scioglimento per attrito come responsabile della scivolosità del ghiaccio.
Nonostante questa sia la spiegazione “da libro”, molti scienziati non sono d’accordo. Questa teoria, infatti, non tiene conto del ghiaccio su cui stiamo effettivamente camminando o pattinando, in quanto l’attrito scioglie solo quello dietro di noi. Daniel Bonn, fisico dell’Università di Amsterdam, ha creato con il suo team una pista di pattinaggio su ghiaccio microscopica, nella quale si faceva ruotare un pezzo di metallo a velocità diverse e si misurava di volta in volta la forza necessaria per muovere il metallo e quella che il metallo stesso esercitava sul ghiaccio. Dal rapporto tra le due si ricavava la scivolosità del ghiaccio, che si scoprì non essere dipendente dalla velocità e suggerendo pertanto che il riscaldamento dovuto all’attrito (che aumenta con la velocità) non è ciò che rende il ghiaccio scivoloso.
Ipotesi 3: Pre-fusione
Arrivati a questo punto ci si può chiedere: “ E se la superficie del ghiaccio fosse già bagnata ancora prima che l’oggetto entri in contatto con essa?”
Lo scienziato inglese Michael Faraday nel 1842 osservò che due cubetti di ghiaccio a contatto si saldano tra loro e che una mano calda si attacca al ghiaccio. Questi fenomeni avvengono senza che il ghiaccio sembri sciogliersi visibilmente e anche in condizioni fredde; Faraday attribuì questo fenomeno ad un sottile strato pre-fuso che si deposita sulla superficie esposta e si congela una volta coperto di nuovo, fungendo da collante. Ci volle quasi un secolo per capire il motivo per cui avveniva questo fenomeno e fu attribuito al fatto che, vicino alla superficie, le molecole si comportano in maniera diversa da quelle nelle profondità del ghiaccio. Le molecole d’acqua, in superficie, hanno meno vicini a cui legarsi e maggiore libertà di movimento rispetto al ghiaccio solido. In quello strato, detto pre-fuso, le molecole possono essere facilmente spostate da un pattino o una scarpa. Non si ha, però, la sicurezza di quanto questo fenomeno possa incidere realmente nella scivolosità del ghiaccio.
Pochi anni fa sono state fatte alcune simulazioni al computer per testare quale delle tre ipotesi spieghi meglio la scivolosità del ghiaccio ed è risultato che il blocco di ghiaccio simulato è effettivamente ricoperto da uno strato liquido, come previsto dalla prefusione. Quando si è simulato un oggetto pesante che scivolava sopra la superficie del ghiaccio, lo strato si è ispessito, in accordo con la teoria della pressione, e, per ultimo, è stato testato il riscaldamento per attrito vicino al punto di fusione, notando che non ha avuto un impatto significativo sullo strato pre-fuso ( che era già spesso). D’altra parte, a temperature più basse, l’oggetto che scivolava produceva calore che scioglieva il ghiaccio e ispessiva lo strato.
Risultato: tutte e tre queste ipotesi possono coesistere ed operare simultaneamente… in un modo o nell’altro.
Ma, come anticipato, esiste una recentissima quarta ipotesi da aggiungere a questo quadro complesso, che si sviluppa su un cambio di prospettiva importante: “Lo scioglimento della superficie è davvero la causa principale della scivolosità del ghiaccio?”
Ipotesi 4: Amorfizzazione
Un team di ricercatori dell’Università del Saarland, in Germania, ha individuato argomentazioni contrarie a tutte e tre le ipotesi sopra citate. In primis, affinché la pressione sia abbastanza elevata da sciogliere la superficie di ghiaccio, l’area di contatto deve essere “irragionevolmente piccola”. In secondo luogo, per uno sci che si muove ad una velocità realistica, la quantità di calore generata dall’attrito è troppo bassa per garantire la fusione del ghiaccio. Infine, a temperature estremamente fredde, è stato notato che il ghiaccio è comunque scivoloso anche in assenza di uno stato pre-fuso.
Pertanto, o la combinazione di tutte o di alcune di queste ipotesi garantisce la scivolosità o deve necessariamente esserci qualcos’altro in ballo.
Per spiegare la scivolosità del ghiaccio, i ricercatori hanno guardato a fenomeni analoghi osservati in altri materiali, come il diamante. È noto che alcune superfici cristalline dei diamanti risultano più “morbide” di altre durante la lucidatura. Simulazioni al computer hanno mostrato che, quando due superfici di diamante scivolano una contro l’altra, gli atomi superficiali vengono strappati dai loro legami, formando uno strato amorfo e disordinato, più simile a un liquido che a un solido.
Secondo Achraf Atila e i suoi collaboratori, un meccanismo analogo avverrebbe anche nel ghiaccio. Le loro simulazioni indicano che lo scorrimento distrugge progressivamente il reticolo cristallino superficiale del ghiaccio, creando uno strato amorfo che si ispessisce con il movimento. Questa trasformazione strutturale, e non la fusione dovuta al calore, sarebbe responsabile della scivolosità del ghiaccio, soprattutto a basse temperature.
Daniel Bonn sostiene la nuova interpretazione, in accordo con esperimenti condotti dal suo gruppo nel 2021. Sia le simulazioni sia i dati sperimentali indicano che la scivolosità del ghiaccio derivi da cambiamenti strutturali della superficie, non necessariamente dalla fusione. Tuttavia, i ricercatori descrivono il fenomeno in modi diversi: Atila lo attribuisce allo spostamento meccanico delle molecole d’acqua, mentre Bonn enfatizza l’elevata mobilità delle molecole superficiali, che renderebbe la superficie instabile, come un pavimento coperto di palline.
Secondo Bonn, la differenza tra queste interpretazioni è in gran parte semantica, ma Sergey Sukhomlinov (co-autore di Atila) non è d’accordo e sostiene che si tratti di meccanismi distinti, sebbene simili negli effetti. Nel complesso, gli scienziati ritengono di essere più vicini a una spiegazione condivisa del fenomeno, ma riconoscono che uno dei principali ostacoli rimane la mancanza di un vocabolario comune: fenomeni simili vengono descritti con nomi diversi, alimentando disaccordi che spesso non vengono affrontati apertamente.
Ed è a questo punto che il problema del ghiaccio trascende la questione di fisica della materia ed entra nel reame della filosofia. Emerge chiaramente il fatto che questo fenomeno resiste ad una spiegazione univoca non perché manchino dati o sufficienti simulazioni, ma perché il reale, anche nelle più banali e quotidiane delle sue forme, difficilmente si può esaurire con un singolo concetto. Heidegger parlerebbe in questo caso di ritiro dell’essere: ciò che è più vicino a noi è spesso ciò che più ostinatamente si sottrae. Il linguaggio non si esaurisce nella sua funzione di strumento descrittivo, ma si erge a luogo nel quale il mondo si dischiude e si rende chiaro alla nostra comprensione. Dove mancano le parole o dove si sovrappongono confusamente, il fenomeno resta in parte invisibile, nascosto. Il ghiaccio in questo senso si sottrae, timidamente, come l’essere stesso. La scienza dal canto proprio si misura con questo tipo di resistenza, non eliminandola del tutto. Tutti i modelli in parte funzionano e proprio per questo nessuno di essi basta. Dove le parole per spiegare un fenomeno si esauriscono non nasce un errore, ma una soglia ed è lì che il linguaggio diventa una presa di posizione e si sceglie una cornice interpretativa piuttosto che un’altra. Probabilmente il ghiaccio fa scivolare anche le categorie in cui cerchiamo di inserire il problema e ci ricorda lo scarto tra ciò che è e ciò che possiamo dire. Ma alla fin fine l’atto stesso del pensare è questo: accettare che il mondo non si lasci ridurre a definizioni stagnanti e continuare ad interrogarsi su ciò che ci resiste. La difesa dell’incompletezza non è una rinuncia alla verità, ma un gentile invito a lasciarla continuare a dis-velarsi.
