Unter extremem Druck verliert Wasser seine geordnete Struktur, anstatt sie zu festigen. Forscher der University of Nevada, Las Vegas (UNLV), beobachteten bei einem Druck von bis zu 222 Gigapascal, dass sich Eis-X in eine weniger symmetrische Form wandelt. Diese am 15. Oktober in Communications Chemistry veröffentlichte Entdeckung liefert neue Erkenntnisse über das Innere von Eisriesen wie Neptun und Uranus.
Eis verliert Ordnung unter Höchstdruck
Forscher der UNLV pressten Wassertropfen zwischen zwei Diamanten zusammen. Sie simulierten damit Bedingungen im Inneren ferner Planeten. Dank der Härte der Diamanten erzeugte das Team einen Druck von etwa 35 Millionen Pfund pro Quadratzoll (PSI). Das entspricht dem Millionfachen des Drucks in einem Autoreifen.
Normalerweise ordnen sich Atome unter solchem Druck in symmetrischen Mustern an. Im Labor zeigte sich das Gegenteil: Die hochgeordnete Struktur von Eis-X mit ihrem würfelartigen Muster verlor bei rund 32 Millionen PSI diese Ordnung. Das Eis nahm eine lopsided und gedehnte Form an.
Wasser unter Bedingungen jenseits derer auf der Erde zeigt ein komplexeres Verhalten, als wir es uns jemals zuvor vorgestellt haben. Es ist erstaunlich, wie sich Wasser unter Druck verhalten kann.
Ashkan Salamat, Physiker an der UNLV
Prozesse in Eisriesen verstehen
Planeten wie Uranus und Neptun bestehen aus dichten Mischungen aus Wasser, Ammoniak und Methan. Wissenschaftler nutzen Labordaten, um die chemischen Prozesse in diesen unzugänglichen Welten zu rekonstruieren. Die Studie zeigt: Auch Planeten zwischen der Größe von Erde und Neptun könnten riesige Wasservorkommen beherbergen.
Die atomare Anordnung beeinflusst die Dichte und die Leitfähigkeit von Wärme und Elektrizität. Sie bestimmt zudem die Entstehung von Magnetfeldern auf solchen Planeten. Dabei wurde analysiert, wie Röntgenstrahlen beim Durchgang durch das Wasser gestreut wurden.
Eigenschaften der neuen Struktur
Das Team fand Hinweise auf eine neue Anordnung der Atome, doch die exakte Struktur ist noch nicht bestimmt. Computermodelle stützen derzeit eine mögliche Struktur, während die Daten auch zu einer zweiten Variante passen könnten. Das UNLV-Team führte die Experimente bei Raumtemperatur durch. Im Inneren echter Planeten herrschen jedoch deutlich höhere Temperaturen.
Sollte der Druck wieder abgelassen werden, würde das Wasser laut UNLV wahrscheinlich wieder in eine bekannte Form übergehen. Es ist noch unklar, ob sich diese Struktur tatsächlich in den Planetenkernen formt oder wie sie mit anderen Materialien reagiert.
Wenn wir schließlich diese Welten erreichen, was werden wir dann sehen? Wir sind wirklich die ersten Pioniere, die versuchen, diese Fragen im Labor zu beantworten.
Ashkan Salamat, Physiker an der UNLV
