Nye eksperimenter viser, at fysikerne mangler en fuldstændig forståelse af et af vinterens velkendte kendetegn: Istapper.

Anthony Chen og Stephen Morris fra University of Toronto har i en ny artikel i Physical Review E beskrevet detaljerede laboratorieeksperimenter, som generelt tilbageviser en teori fremsat om, at istapper alle vil have samme form, men som også viser, under hvilke betingelser denne teori er rigtig.

Overraskende nok påviser eksperimenterne, at disse betingelser er anderledes end de betingelser, som teoriens ophavsmænd er fremkommet med.

Istapper og stalaktitter
Fysikerne står naturligvis ikke helt på bar bund, når det gælder istappers dannelse.

I et svar på et spørgsmål til Scientariet har professor Anker Nielsen fra Statens Byggeforskningsinstitut tidligere forklaret, hvordan istapper vokser, når vandråber løber ned langs istappen og afgiver varme til omgivelserne ved fordampning og konvektion.

Med udgangspunkt heri har Martin Short sammen med to kollegaer fra University of Arizona i USA i 2006 lanceret den teori, at under en række simplicerede antagelser, vil alle istapper være glatte og have samme facon, som de deler med stalaktitter i drypstenshuler – til trods for at der i øvrigt er store fysiske og kemiske forskelle i, hvordan istapper og stalaktitter dannes.

I praksis ses der dog ofte afvigelser fra denne ideelle facon. Der gælder forgreninger på istapperne og ripler eller fortykkelser langs istappen.

Flere forgreninger
Ifølge Shorts teori vil istappen kun have en spids, når luften er helt rolig omkring istappen.

Chen og Morris har fremstillet 93 istapper på kontrolleret vis i et kammer, hvor omgivelsestemperaturen her varieret mellem -7 og -21 grader Celsius – både ud fra destilleret vand og vand fra direkte fra vandhanen. Nogle forsøg er udført med svag omrøring i luften – andre med stillestående luft.

Af 20 istapper fremstillet med stillestående luft observerede forskerne forgreninger for de 16 (ca. 80 pct.). Af de 73 istapper dannet med omrøringer i luften observerede de kun forgreninger ved de 22 (30 pct.). Det er i stik modstrid med antagelserne i Shorts teori – og et fænomen som Chen og Morris foreløbig ikke har en detaljeret forklaring på.

Ripler vokser opad
Riplerne, der ofte ses på istapper, kan ikke forklares med Shorts simple teori, idet de antages at skyldes overfladespændinger, som er negligeret i Shorts teori.

Ifølge en teori af Kazuto Ueno fra University of Quebec vil riplerne undertrykkes, hvis man øger overfladespændingen ved vand-luft grænsen.

Da isen vokser hurtigere før fortykkelsen end efter, har Ueno desuden forklaret, at riplerne vil bevæge sig opad, når istappen vokser.

I eksperimentet blev riplerne oftest set i istapper dannet med vand fra vandhanen. Det skete i 48 ud af 53 istapper. Kun hver tiende istap med destilleret vand havde ripler.

Almindeligt vandhane-vand havde den laveste overfladespænding, men afvigelsen i overfladespænding mellem vandhavevand og destilleret vand var under tre procent. Chen og Morris undrer sig over, at en så lille forskel kan have så stor betydning for dannelsen af ripler.

Til gengæld bekræfter eksperimenterne, at ripler bevæger sig opad, som forudsagt af Ueno.

Den kedelige konklusion
Alt i alt leder eksperimenter dog Chen og Morris frem til følgende konklusion:

Vi mangler en komplet teori for istappers morfologi, herunder spidsens vækst og rippel-ustabiliteter.