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La regelificación es el fenómeno por el cual el hielo se derrite bajo presión y se vuelve a congelar cuando se reduce la presión. Esto se puede demostrar enrollando un alambre fino alrededor de un bloque de hielo, con un peso pesado atado a él. La presión ejercida sobre el hielo lo derrite lentamente de forma local, lo que permite que el alambre pase a través de todo el bloque. La pista del alambre se rellenará tan pronto como se alivie la presión, por lo que el bloque de hielo permanecerá intacto incluso después de que el alambre pase completamente a través de él. Este experimento es posible para hielo a -10 °C o menos y, si bien es esencialmente válido, los detalles del proceso por el cual el alambre pasa a través del hielo son complejos. [1] El fenómeno funciona mejor con materiales de alta conductividad térmica como el cobre, ya que el calor latente de fusión del lado superior debe transferirse al lado inferior para proporcionar calor latente de fusión. En resumen, el fenómeno en el que el hielo se convierte en líquido debido a la presión aplicada y luego se vuelve a convertir en hielo una vez que se elimina la presión se llama regelificación.
La regelificación fue descubierta por Michael Faraday . Se produce únicamente en sustancias como el hielo, que tienen la propiedad de expandirse al congelarse, ya que los puntos de fusión de esas sustancias disminuyen con el aumento de la presión externa. El punto de fusión del hielo disminuye 0,0072 °C por cada atm adicional de presión aplicada. Por ejemplo, se necesita una presión de 500 atmósferas para que el hielo se derrita a -4 °C. [2]
En el caso de un hielo cristalino normal muy por debajo de su punto de fusión, se producirá cierta relajación de los átomos cerca de la superficie. Las simulaciones de hielo cerca de su punto de fusión muestran que hay una fusión significativa de las capas superficiales en lugar de una relajación simétrica de las posiciones de los átomos. La resonancia magnética nuclear proporcionó evidencia de una capa líquida en la superficie del hielo. En 1998, utilizando microscopía de fuerza atómica , Astrid Döppenschmidt y Hans-Jürgen Butt midieron el espesor de la capa similar al líquido en el hielo y encontraron que era de aproximadamente 32 nm a -1 °C y de 11 nm a -10 °C. [3]
La fusión de la superficie puede explicar lo siguiente:
Un glaciar puede ejercer suficiente presión sobre su superficie inferior para reducir el punto de fusión de su hielo. La fusión del hielo en la base del glaciar le permite moverse desde una elevación más alta a una más baja. El agua líquida puede fluir desde la base de un glaciar a elevaciones más bajas cuando la temperatura del aire es superior al punto de congelación del agua.
Al menos un artículo de 1992 sugiere que es un error de concepto atribuir la regelificación al patinaje sobre hielo . [4] El problema de hacer coincidir la magnitud (grande) del gradiente pV del agua-hielo por encima del límite del punto triple con las magnitudes de la temperatura y la presión predominantes en el caso del contexto del patinaje sobre hielo se aplica igualmente en el contexto del experimento de laboratorio clásico con un cable de cobre que corta un bloque de hielo de 10 cm con, por ejemplo, un cable de calibre 28. El error de concepto no es que estas observaciones no sean regelificación, sino que la regelificación se puede explicar (únicamente) en términos de la magnitud del gradiente pV por encima del punto triple. Hay mucho más en juego. La regelificación es empírica: es un fenómeno como lo fue, por ejemplo, el movimiento browniano antes, durante y posiblemente incluso después de que Einstein lo modelara. Se ha observado y descrito tan ampliamente que generalizamos para describirlo en términos de presión que causa un aumento de la fusión de la superficie. El reconocimiento de este fenómeno en todos los contextos mencionados no está en duda. Los neumáticos de los automóviles funcionan en la nieve incluso aunque haya un mayor derretimiento de la superficie porque tienen una banda de rodadura que permite liberar el agua.
El patinaje sobre hielo se presenta como un ejemplo de regelificación; sin embargo, la presión requerida es mucho mayor que el peso del patinador. Además, la regelificación no explica cómo se puede patinar sobre hielo a temperaturas bajo cero (0 °C). [5]
Otro ejemplo que aparece en textos antiguos es la compactación y la formación de bolas de nieve. En este caso, la presión necesaria es mucho mayor que la que se puede aplicar con la mano. Un ejemplo contrario es que los coches no derriten la nieve al pasar por encima de ella.