বরফ এত পিচ্ছিল কেন?

বরফের ওপর হাঁটতে গিয়ে পিছলে পড়ার অভিজ্ঞতা অনেকেরই রয়েছে। আবার স্কেটাররা অনায়াসে বরফের ওপর দিয়ে চলাচল করলেও বরফে গাড়ির চাকা নিয়ন্ত্রণ হারিয়ে ফেলে। বরফ কেন এত পিচ্ছিল, তা নিয়ে দীর্ঘদিন ধরেই বিজ্ঞানীদের মধ্যে কৌতূহল রয়েছে।

প্রায় ২০০ বছর ধরে এ রহস্যের ব্যাখ্যা খুঁজেছেন বিজ্ঞানীরা। এত দিন ধারণা ছিল, চাপ কিংবা ঘর্ষণের ফলে তৈরি হওয়া তাপে বরফের উপরিভাগ গলে পাতলা পানির স্তর তৈরি হয়। সেই পানির স্তরই বরফকে পিচ্ছিল করে তোলে। তবে, জার্মানির একদল গবেষকের নতুন গবেষণায় উঠে এসেছে ভিন্ন ব্যাখ্যা। তাদের মতে, বরফ পিচ্ছিল হওয়ার জন্য অতিরিক্ত তাপের প্রয়োজন হয় না। বরং বরফের অণুগুলোর বিন্যাসে পরিবর্তনের কারণেই এর উপরিভাগ তরলের মতো আচরণ করে।

১৮৫০-এর দশকে বিজ্ঞানী মাইকেল ফ্যারাডে একটি পরীক্ষা চালান। তিনি দেখান, দুটি বরফের টুকরা একে অপরের সংস্পর্শে এলে কিছু সময় পর জোড়া লেগে যায়। তার ধারণা ছিল, বরফের উপরিভাগে আগে থেকেই পানির একটি অতি পাতলা স্তর থাকে। দুটি বরফের টুকরা স্পর্শ করলে সেই পানি আবার জমে তাদের একসঙ্গে আটকে দেয়। তবে প্রশ্ন ছিল, বরফের ওপর পানির এই স্তর তৈরি হয় কীভাবে?

পরবর্তী সময়ে বিজ্ঞানী জেমস থমসন ধারণা দেন, মানুষের পায়ের চাপ কিংবা স্কেটের ব্লেডের চাপে বরফের উপরিভাগ সামান্য গলে পানি তৈরি হয়। সেই পানির কারণেই বরফ পিচ্ছিল হয়ে ওঠে।

কিন্তু পরবর্তী গবেষণায় দেখা যায়, মানুষের পায়ের চাপ বরফকে যথেষ্ট গলানোর জন্য পর্যাপ্ত নয়। এরপর বিজ্ঞানীরা ঘর্ষণ থেকে উৎপন্ন তাপকে বরফ গলে যাওয়ার সম্ভাব্য কারণ হিসেবে বিবেচনা করেন। তবে, অত্যন্ত ঠাণ্ডা পরিবেশেও বরফ পিচ্ছিল থাকার বিষয়টি এই ব্যাখ্যার সঙ্গে পুরোপুরি মেলেনি।

জার্মানির গবেষক মার্টিন মুসার ও তার সহকর্মীরা কম্পিউটার সিমুলেশনের মাধ্যমে বরফের উপরিভাগে অণুগুলোর আচরণ পর্যবেক্ষণ করেন।

গবেষকদের ভাষায়, এ অবস্থায় অণুগুলো ‘ফ্রাস্ট্রেটেড’ হয়ে পড়ে। অর্থাৎ তারা আগের নির্দিষ্ট অবস্থান ও সুশৃঙ্খল বিন্যাস ধরে রাখতে পারে না। ফলে বরফের উপরিভাগ শক্ত স্ফটিকের মতো আচরণ না করে তরলের মতো আচরণ করতে শুরু করে।

গবেষণার সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো, এই পরিবর্তনের জন্য বাইরে থেকে অতিরিক্ত তাপের প্রয়োজন হয় না। অর্থাৎ, বরফের উপরিভাগে তরলের মতো স্তর তৈরি হতে পারে তাপ ছাড়াই।

গবেষকদের পর্যবেক্ষণে দেখা গেছে, অত্যন্ত কম তাপমাত্রাতেও এই প্রক্রিয়া কার্যকর থাকতে পারে। এমনকি পরম শূন্য তাপমাত্রার কাছাকাছি অবস্থাতেও বরফের উপরিভাগে তরলের মতো স্তর তৈরির সম্ভাবনা রয়েছে। এ কারণে শুধু শূন্য ডিগ্রি সেলসিয়াসের কাছাকাছি নয়, অনেক কম তাপমাত্রাতেও বরফ পিচ্ছিল থাকে।

গবেষকেরা দেখেছেন, হীরা ও সিলিকনের মতো কঠিন পদার্থের উপরিভাগেও কিছুটা একই ধরনের ঘটনা ঘটতে পারে। তবে বরফের বিশেষত্ব হলো, এর ওপর চাপ প্রয়োগ করলে উপরিভাগের অণুগুলোর বিন্যাস সহজেই পরিবর্তিত হয় এবং স্তরটি তরলের মতো আচরণ করতে শুরু করে।

এ কারণেই স্কেটের সরু ব্লেড বরফের ওপর দিয়ে সহজে চলতে পারে। ব্লেডের সংস্পর্শে বরফের উপরিভাগে তৈরি হওয়া পাতলা তরল স্তর চলাচলে সহায়তা করে।

বরফের পিচ্ছিলতা এর নিজস্ব বৈশিষ্ট্যের সঙ্গে সম্পর্কিত। তাই শুধু সতর্কভাবে হাঁটলেই সব সময় পিছলে পড়া এড়ানো সম্ভব নয়। এ ক্ষেত্রে ভালো গ্রিপযুক্ত জুতা ব্যবহার করা সবচেয়ে কার্যকর উপায়। জুতার তলায় খাঁজ ও রুক্ষ পৃষ্ঠ থাকলে বরফের ওপর পা পিছলে যাওয়ার ঝুঁকি কমে।

সূত্র : সায়েন্স নিউজ, নিউ সায়েন্টিস্ট ও সায়েন্স এক্সপ্লোরার

সময়ের আলো/মহু