Pour la glace, ce que l'on appelle la « fusion en surface » a été postulée dès le 19e siècle par Michael Faraday :déjà en dessous du point de fusion réel, soit 0 °C, un mince film liquide se forme sur la surface libre en raison de l'interface entre la glace et l'air. Des scientifiques dirigés par Markus Mezger, chef de groupe au Max Planck Institute for Polymer Research (département de Hans-Jürgen Butt) et professeur à l'Université de Vienne, ont maintenant étudié ce phénomène plus en détail aux interfaces entre la glace et les minéraux argileux.

Dans la nature, cet effet est particulièrement intéressant dans les sols de pergélisol, c'est-à-dire sols gelés en permanence. Environ un quart de la superficie des terres de l'hémisphère nord est recouvert de pergélisol. Ceux-ci sont composés d'un mélange de glace et d'autres matériaux. Des plaquettes microscopiquement minces se sont formées au cours des temps géologiques par l'altération des minéraux argileux. Semblable à une éponge, beaucoup d'eau peut pénétrer dans les pores fendus étroits entre les fines plaquettes, y être stocké, et congeler. Par conséquent, il y a beaucoup de zone de contact entre la glace et les minéraux argileux. Pour chaque gramme de minéral argileux, il y a environ 10 mètres carrés de superficie ! Cela provoque une proportion relativement élevée d'eau liquide dans la couche de fusion induite interfacialement déjà en dessous de 0 °C.

Les chercheurs ont maintenant étudié la vitesse à laquelle les molécules d'eau se déplacent dans la fine couche de fonte à la frontière entre la glace et le minéral argileux. Cette valeur, connu sous le nom d'autodiffusion, est directement lié à la viscosité de l'eau. Pour trois minéraux différents, il a été démontré que la viscosité de l'eau dans la couche fondue induite par l'interface est parfois significativement plus élevée que celle de l'eau ordinaire, c'est-à-dire les molécules sont limitées dans leur capacité à se déplacer car la couche est plus visqueuse. Ces résultats peuvent aider à mieux comprendre divers phénomènes à l'avenir, comme la stabilité mécanique du pergélisol, le transport des nutriments végétaux et des polluants, et les réactions géochimiques telles que les processus d'échange d'ions aux interfaces glace/minéral.

Pour leurs mesures, les scientifiques de Mayence ont collaboré avec des partenaires des réacteurs de recherche de la TU Munich et de l'Institut Laue-Langevin à Grenoble, La France. Les neutrons générés dans les réacteurs y frappent l'échantillon à une certaine vitesse. Semblable à une balle rebondissant d'un véhicule se déplaçant vers lui à une vitesse plus élevée, les mesures de vitesse des neutrons diffusés à partir de l'échantillon permettent de tirer des conclusions sur le mouvement des molécules d'eau dans la couche de préfusion induite par l'interface.