Bei über 2000 Grad: Forscher erzeugen das verrückteste Eis aller Zeiten
Wissenschaftler haben die bislang wohl seltsamste Form von Eis hergestellt. Dieses entstand bei Temperaturen, bei denen Wasser eigentlich schon längst gasförmig sein sollte. Voraussetzung war ein entsprechend hoher Druck.
Die Experimente wurden von einem Team um den Physiker Alexis Forestier von der französischen Kommission für alternative Energien und Atomenergie durchgeführt. Die Wissenschaftler pressten winzige Wasserproben zwischen Diamantspitzen zusammen und erhitzten sie mit Lasern auf mehrere Tausend Grad. Mithilfe extrem intensiver Synchrotron-Röntgenstrahlung untersuchten sie anschließend, wie sich die Kristallstruktur des Materials unter den extremen Bedingungen veränderte.
Dabei stießen sie auf eine Struktur, die zwar theoretisch vorhergesagt worden war, bislang aber noch nicht experimentell beobachtet werden konnte. Beim hcp-Eis sind die Sauerstoffatome in einem bestimmten, dicht gepackten Gitter angeordnet. Die Wasserstoffkerne können sich dagegen innerhalb dieses Gitters bewegen. Damit gehört die Substanz zum sogenannten superionischen Eis, das Eigenschaften eines Festkörpers und einer Flüssigkeit miteinander verbindet.
Die Messungen deuten zudem darauf hin, dass sich die neu beobachtete Struktur aus einer anderen Variante des superionischen Eises entwickeln kann. Bei 155 Gigapascal und 2000 Kelvin fanden die Forscher noch Hinweise auf eine Mischung aus der sogenannten kubisch-flächenzentrierten (fcc) und der hexagonal dicht gepackten Struktur. Bei 197 Gigapascal und 2250 Kelvin nahm der Anteil des hcp-Eises bereits deutlich zu. Unter den extremsten Bedingungen dominierte schließlich die hcp-Variante.
Welche Eigenschaften hcp-Eis tatsächlich besitzt, ist allerdings noch weitgehend offen. Weitere Experimente und theoretische Berechnungen sollen unter anderem klären, wie stabil die Struktur ist und wie gut sie Strom leitet. Die Ergebnisse wurden im Journal Physical Review Letters veröffentlicht.
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Enormer Druck
In Experimenten der Forscher entstand sogenanntes hexagonal dichtest gepacktes Eis (hcp) bei Drücken von bis zu 219 Gigapascal und Temperaturen von bis zu 2630 Kelvin. Das entspricht rund 2357 Grad Celsius und mehr als dem 2,3-Millionenfachen des normalen Atmosphärendrucks.Die Experimente wurden von einem Team um den Physiker Alexis Forestier von der französischen Kommission für alternative Energien und Atomenergie durchgeführt. Die Wissenschaftler pressten winzige Wasserproben zwischen Diamantspitzen zusammen und erhitzten sie mit Lasern auf mehrere Tausend Grad. Mithilfe extrem intensiver Synchrotron-Röntgenstrahlung untersuchten sie anschließend, wie sich die Kristallstruktur des Materials unter den extremen Bedingungen veränderte.
Dabei stießen sie auf eine Struktur, die zwar theoretisch vorhergesagt worden war, bislang aber noch nicht experimentell beobachtet werden konnte. Beim hcp-Eis sind die Sauerstoffatome in einem bestimmten, dicht gepackten Gitter angeordnet. Die Wasserstoffkerne können sich dagegen innerhalb dieses Gitters bewegen. Damit gehört die Substanz zum sogenannten superionischen Eis, das Eigenschaften eines Festkörpers und einer Flüssigkeit miteinander verbindet.
Die Messungen deuten zudem darauf hin, dass sich die neu beobachtete Struktur aus einer anderen Variante des superionischen Eises entwickeln kann. Bei 155 Gigapascal und 2000 Kelvin fanden die Forscher noch Hinweise auf eine Mischung aus der sogenannten kubisch-flächenzentrierten (fcc) und der hexagonal dicht gepackten Struktur. Bei 197 Gigapascal und 2250 Kelvin nahm der Anteil des hcp-Eises bereits deutlich zu. Unter den extremsten Bedingungen dominierte schließlich die hcp-Variante.
Unerforschtes Feld
Die Entdeckung könnte auch für die Erforschung der äußeren Planeten des Sonnensystems relevant sein. Superionisches Eis gilt als möglicher Bestandteil des tiefen Inneren von Uranus und Neptun. Seine elektrische Leitfähigkeit und andere Eigenschaften könnten dort beeinflussen, wie sich Ladungen und Materie bewegen, und damit auch die Entstehung der ungewöhnlichen Magnetfelder der beiden Eisriesen.Welche Eigenschaften hcp-Eis tatsächlich besitzt, ist allerdings noch weitgehend offen. Weitere Experimente und theoretische Berechnungen sollen unter anderem klären, wie stabil die Struktur ist und wie gut sie Strom leitet. Die Ergebnisse wurden im Journal Physical Review Letters veröffentlicht.
Zusammenfassung
- Forscher erzeugten hcp-Eis bei extremem Druck und hohen Temperaturen
- Das superionische Eis vereint Eigenschaften von Festkörper und Flüssigkeit
- Die Experimente wurden mit Diamantstempeln und Lasern durchgeführt
- Die Entdeckung liefert wichtige Erkenntnisse über Uranus und Neptun
- Weitere Untersuchungen sollen die Stabilität und Leitfähigkeit klären
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