Wie mancher schon schmerzlich erfahren hat, platzen ungeschützte Wasserrohre bei Frost, weil gefrierendes Wasser sich bekanntlich ausdehnt. Viel weniger bekannt ist hingegen, dass dieser zerstörerische Effekt noch zusätzlich verstärkt wird, weil die Oberfläche des Eises selbst bei winterlichen Temperaturen flüssig bleibt.

Gefrierendes Wasser und schmelzendes Eis sind alltägliche Beispiele für einen Wechsel des Aggregatzustands. Doch manche Details dieser Phasenübergänge blieben lange ungeklärt. Erst in den letzten fünfzehn Jahren haben Physiker und Chemiker einige Antworten gefunden – in einer nur wenige Moleküle dicken Wasserschicht.

Dieser halbflüssige Film entsteht auf Eis durch einen natürlichen Vorgang namens Oberflächenschmelzen. Die mikroskopisch dünne Schicht behält gewisse strukturelle Eigenschaften des darunter liegenden Festkörpers, ist aber beweglich wie eine Flüssigkeit. Sie spielt eine zentrale Rolle beim Gefrieren und Schmelzen – und prägt die Auswirkungen dieser Prozesse auf die Umwelt. Indem der glitschige Film als Leiter für fließendes Wasser sowie als Träger elektrischer Ladungen dient, vermag er Felsbrocken aus Frostböden zu drücken und Blitze vom Gewitterhimmel zu schleudern.

Beim Wort "Oberflächenschmelzen" denkt man vielleicht zunächst an einen Festkörper, der bei Erhitzen von außen nach innen schmilzt. Ein Stück Butter in der heißen Pfanne oder Lötmetall unter dem Lötkolben beginnt sich einfach deshalb an der Oberfläche zu verflüssigen, weil die Außenseite heißer ist als das Innere.

Doch mit Oberflächenschmelzen ist ein weniger offensichtlicher Effekt gemeint: Selbst wenn der Festkörper innen wie außen dieselbe Temperatur hat, bildet er – sogar bei zehn, zwanzig oder noch mehr Grad Celsiu