Buz neden kaygandır?

Buzun kaygan olmasının temel sebebi basınç değil, buz yüzeyinde dışarıdan hiçbir etki yokken bile kendiliğinden bulunan aşırı ince yarı sıvı tabaka ve hareket anında açığa çıkan sürtünme ısısıdır. Yıllardır ders kitaplarında tekrarlanan o basınçla erime tezi sıradan bir buz patenini bile açıklamaya yetmiyor abi, oturup iki satır hesap yapınca durum hemen sırıtıyor zaten.

Şu basınç meselesini baştan aradan çıkaralım. Evet, su donarken genleştiği için üzerine basınç binince erime noktası düşer. Fakat temel termodinamik denklemlerini koyup hesapladığında görüyorsun ki ortalama bir insanın, hatta o incecik paten bıçağının buza uyguladığı basınç erime noktasını sadece sıfır virgül birkaç derece aşağı çekebiliyor. Eksi on derecede veya eksi on beş derecede kayarken o basıncın buzu eritip su filmi oluşturması fiziksel olarak imkansız, buzu o sıcaklıkta sırf basınçla eritmek için binlerce atmosferlik yük gerekir.

Asıl mekanizmanın merkezinde ön erime veya yarı sıvı katman denen olay yer alıyor. Katı kristalin iç kısımlarındaki su molekülleri dört bir yandan komşularına hidrojen bağlarıyla sıkıca kenetlenirken, en dış yüzeydeki moleküllerin üzerinde bağlanacak başka molekül kalmıyor. Denge kuramayan bu yüzey molekülleri düzenli kristal ağını koruyamaz, donma noktasının onlarca derece altında bile birkaç nanometre kalınlığında, düzensiz ve hareketli bir halde kalır. Bir nevi minik bilyeler gibi davranan bu moleküler tabaka, temas anında doğal bir kaydırıcı görevi görür.

Bu zayıf yüzeyin üstüne hareket eklendiğinde ise sürtünme ısısı devreye girer. Ayakkabı tabanı veya bıçak yüzeyde kayarken mekanik temas nedeniyle mikroskobik düzeyde lokal ısı üretir. Zaten kararsız bekleyen o yarı sıvı moleküller açığa çıkan ısıyla daha da kolay akışkanlaşır ve sürtünmeyi neredeyse sıfıra indirir. Yani buz seni taşıyan ağırlığın basıncıyla değil, yüzeyindeki bu yapısal düzensizlik ve hareketin ürettiği sürtünme ısısı sayesinde kaydırır.