В природе этот эффект особенно интересен в многолетнемерзлых грунтах – i.е. вечномерзлые почвы. Около четверти суши в северном полушарии покрыто вечной мерзлотой.
Они состоят из смеси льда и других материалов. Микроскопически тонкие пластинки образовались за геологическое время в результате выветривания глинистых минералов.
Подобно губке, большое количество воды может попасть в узкие поры между тонкими пластинками, накапливаться там и замерзнуть. Следовательно, между льдом и глинистыми минералами существует большая площадь контакта. На каждый грамм глинистого минерала приходится около 10 квадратных метров площади поверхности! Это вызывает сравнительно высокую долю жидкой воды в межфазном слое расплава уже при температуре ниже 0 ° C.
Исследователи теперь исследовали, насколько быстро молекулы воды движутся в тонком слое расплава на границе между льдом и глинистым минералом. Это значение, известное как «самодиффузия», напрямую связано с вязкостью воды. Для трех различных минералов было показано, что вязкость воды в межфазном слое расплава иногда значительно выше, чем у обычной воды:.е., молекулы ограничены в их способности двигаться, потому что слой более вязкий.
Эти результаты могут помочь лучше понять различные явления в будущем, такие как механическая стабильность вечной мерзлоты, перенос питательных веществ и загрязняющих веществ для растений и геохимические реакции, такие как процессы ионного обмена на границах раздела лед / минерал.
В своих измерениях ученые Майнца сотрудничали с партнерами на исследовательских реакторах Мюнхенского технического университета и Института Лауэ-Ланжевена в Гренобле, Франция.
Нейтроны, генерируемые в реакторах, ударяют по образцу с определенной скоростью. Подобно мячу, отскакивающему от транспортного средства, движущегося к нему с более высокой скоростью, измерения скорости нейтронов, рассеянных от образца, позволяют сделать выводы о движении молекул воды в слое предварительного плавления, вызванном границей раздела.