81 Jahre nach Atomtest: Forscher finden bisher unbekannten Kristall

Bei der ersten Atomexplosion der Geschichte im Jahr 1945 herrschten extreme physikalische Bedingungen. Nun haben Forscher in den Überresten des Trinity-Tests eine völlig neue chemische Struktur entdeckt, die in der Natur noch nie beobachtet wurde.

Neuer Kristall aus dem Trinity-Test

Am 16. Juli 1945 veränderte der Trinity-Test in New Mexico den Lauf der Geschichte. Bei der Zündung der ersten Atombombe verdampften der Wüstensand, der Testturm aus Stahl und unzählige Kupferkabel der Messinstrumente. Aus dem nuklearen Feuerball des Manhattan-Projekts regnete ein glasartiges Material herab, das heute als Trinitit bekannt ist. In einer seltenen roten Variante des Glases haben Wissenschaftler nun eine zuvor völlig unbekannte chemische Struktur entdeckt.

Ein Forschungsteam um den Geologen Luca Bindi analysierte die Überreste und stieß auf ein sogenanntes Clathrat. Es handelt sich dabei um eine käfigartige Gitterstruktur auf Basis von Silizium. In den mikroskopisch kleinen Käfigen mit zwölf oder 14 Seiten sind Atome von Kalzium, Kupfer und Eisen eingeschlossen. Solch eine Anordnung wurde in der Natur bisher noch nie gefunden.

Entstehung unter extremen Bedingungen

Wie die veröffentlichte Studie beschreibt, ist das Material das Resultat gewaltiger physikalischer Kräfte. Während der Explosion der Plutoniumbombe herrschten kurzzeitig Temperaturen von über 1500 Grad Celsius und ein Druck im Bereich mehrerer Gigapascal. Das entspricht etwa dem 10.000-fachen des normalen Atmosphärendrucks der Erde. Die aufgewirbelte Materie verdampfte, vermischte sich in der Luft und kühlte extrem schnell wieder ab.

Laut den Forschern spielte sich der gesamte Vorgang in wenigen Sekunden ab. Den Atomen fehlte schlicht die Zeit, sich in stabilen Strukturen anzuordnen. Unter normalen Bedingungen zerfällt ein derartiges Nichtgleichgewichtsmaterial schnell wieder. Die plötzliche Abkühlung in der Wüste fror das Gitter jedoch in seinem instabilen Zustand ein und bewahrte das Clathrat bis heute für die Wissenschaft. In diesem Klumpen von rotem Trinitit wurde das Clathrat entdeckt

Quasikristall im roten Trinitit

Der klassische Trinitit weist meist eine hellgrüne Färbung auf. Die rote Variante ist deutlich seltener und entstand genau dort, wo die Kupferkabel der Atombombe verdampften. Bereits im Jahr 2021 machte das gleiche Forschungsteam in den historischen Proben einen ungewöhnlichen Fund. Sie entdeckten einen Quasikristall, der aus denselben vier Elementen bestand.

Quasikristalle besitzen zwar eine geordnete Struktur, wiederholen sich aber nicht periodisch. Zuvor kannte die Wissenschaft solche Gebilde fast ausschließlich von Meteoriteneinschlägen. Die Forscher gehen davon aus, dass beide Kristalle unter den gleichen Bedingungen entstanden. Der entscheidende Unterschied liegt in der lokalen Kupferkonzentration.

Nutzen für die Materialforschung

War viel Kupfer vorhanden, bildete sich der Quasikristall. Bei wenig Kupfer entstand das neuartige Clathrat. Clathrate gelten in der Materialwissenschaft generell als nützlich. Ihre Käfigstrukturen können fremde Atome speichern und dadurch elektrische oder thermische Eigenschaften von Materialien verändern.

Eine kommerzielle Nutzung des Materials aus dem Trinity-Test in modernen Batterien oder Quantentechnologien ist aufgrund der extremen Seltenheit aber ausgeschlossen. Der wahre Wert der Entdeckung liegt im Erkenntnisgewinn für die Grundlagenforschung.

Wie bewertet ihr solche späten Entdeckungen aus den Überresten historischer Waffentests? Teilt eure Gedanken zu dem Thema gerne mit uns in den Kommentaren!


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