Intuyeron que las moléculas cercanas a la superficie se comportan de manera diferente a las que se encuentran en las profundidades del hielo. El hielo es un cristal, lo que significa que cada molécula de agua está encerrada en una red periódica. Sin embargo, en la superficie, las moléculas de agua tienen menos vecinos con quienes unirse y, por lo tanto, tienen más libertad de movimiento que en el hielo sólido. En la llamada capa prefundida, las moléculas se desplazan fácilmente con un patín, un esquí o un zapato.
Hoy en día, los científicos generalmente están de acuerdo en que la capa prefundida existe, al menos cerca del punto de fusión, pero no están de acuerdo sobre su papel en la resbaladizad del hielo.
Hace unos años, Luis MacDowell, físico de la Universidad Complutense de Madrid, y sus colaboradores realizaron una serie de simulaciones para establecer cuál de las tres hipótesis (presión, fricción o prefusión) explica mejor la resbaladiza del hielo. «En simulaciones por computadora, se puede ver cómo se mueven los átomos», dijo, algo que no es factible en experimentos reales. «Y realmente se pueden observar los vecinos de esos átomos» para ver si están periódicamente espaciados, como en un sólido, o desordenados, como en un líquido.
Observaron que su bloque de hielo simulado estaba recubierto con una capa líquida de sólo unas pocas moléculas de espesor, como predice la teoría de la prefusión. Cuando simularon un objeto pesado deslizándose sobre la superficie del hielo, la capa se hizo más espesa, de acuerdo con la teoría de la presión. Finalmente, exploraron el calentamiento por fricción. Cerca del punto de fusión del hielo, la capa prefundida ya era gruesa, por lo que el calentamiento por fricción no la afectó significativamente. Sin embargo, a temperaturas más bajas, el objeto deslizante produjo calor que derritió el hielo y engrosó la capa.
«Nuestro mensaje es: las tres hipótesis controvertidas operan simultáneamente en uno u otro grado», dijo MacDowell.
Hipótesis 4: Amorfización
O quizás el derretimiento de la superficie no sea la causa principal del deslizamiento del hielo.
Recientemente, un equipo de investigadores de la Universidad de Saarland en Alemania identificó argumentos en contra de las tres teorías predominantes. Primero, para que la presión sea lo suficientemente alta como para derretir la superficie del hielo, el área de contacto entre (digamos) los esquís y el hielo tendría que ser «irrazonablemente pequeña», escribieron. En segundo lugar, para un esquí que se mueve a una velocidad realista, los experimentos muestran que la cantidad de calor generada por la fricción es insuficiente para provocar el derretimiento. En tercer lugar, descubrieron que en temperaturas extremadamente frías, el hielo sigue siendo resbaladizo aunque no haya una capa prefundida. (Las moléculas de la superficie todavía tienen escasez de vecinas, pero a bajas temperaturas no tienen suficiente energía para superar los fuertes enlaces con las moléculas de hielo sólidas). «Así que, o la resbaladiza del hielo proviene de una combinación de todas ellas o de algunas de ellas, o hay algo más que aún no sabemos», dijo Achraf Atila, un científico de materiales del equipo.
Los científicos buscaron explicaciones alternativas en la investigación de otras sustancias, como por ejemplo los diamantes. Los pulidores de piedras preciosas saben desde hace mucho tiempo por experiencia que algunas caras de un diamante son más fáciles de pulir o “más suaves” que otras. En 2011, otro grupo de investigación alemán publicó un artículo explicando este fenómeno. Crearon simulaciones por computadora de dos diamantes deslizándose uno contra el otro. Los átomos de la superficie fueron arrancados mecánicamente de sus enlaces, lo que les permitió moverse, formar nuevos enlaces, etc. Este deslizamiento formó una capa «amorfa» sin estructura. A diferencia de la naturaleza cristalina del diamante, esta capa está desordenada y se comporta más como un líquido que como un sólido. Este efecto de amorfización depende de la orientación de las moléculas en la superficie, por lo que algunas caras de un cristal son más blandas que otras.
Atila y sus colegas sostienen que en el hielo ocurre un mecanismo similar. Simularon superficies de hielo deslizándose entre sí, manteniendo la temperatura del sistema simulado lo suficientemente baja como para garantizar la ausencia de derretimiento. (Por lo tanto, cualquier resbaladizo tendría una explicación diferente.) Inicialmente, las superficies se atraían entre sí, de forma muy parecida a los imanes. Esto se debía a que las moléculas de agua son dipolos, con concentraciones desiguales de carga positiva y negativa. El extremo positivo de una molécula atrae el extremo negativo de otra. La atracción del hielo creó pequeñas soldaduras entre las superficies deslizantes. A medida que las superficies se deslizaban una sobre otra, las soldaduras se rompían y se formaban otras nuevas, cambiando gradualmente la estructura del hielo.