Existenz von superionischem Wasser experimentell bestätigt

Superionisches Wasser ist eine Form von Wasser (H2O), bei der der Sauerstoff ein festes Gitter bildet, während die Wasserstoffionen (oder Protonen) sich frei darin bewegen können. Bereits in den 1980er-Jahren haben Forscher über diese Zustandsform des Wassers spekuliert, 1999 wurde ihre Existenz erstmals theoretisch mit Hilfe von Computersimulationen gezeigt. Erst heute, fast 30 Jahre später, kommt nun auch die experimentelle Bestätigung.

Superionisches Wasser ist gerade für die Weltraumforschung spannend, weil Wasser in diesem Zustand gleichzeitig flüssig und fest ist: Die Protonen sind beweglich wie in einer Flüssigkeit, die Sauerstioffatome jedoch nicht. Man nimmt an, dass superionisches Wasser insbesondere in den Tiefen der Eisriesen Neptun und Uranus existieren könnte. Dort liegen dafür die richtigen Bedingungen vor: sehr hohe Drücke (im Experiment über 190 Gigapascal) und gleichzeitig hohe Temperaturen wegen der Nähe zum Kern (im Experiment 5000 Grad Celsius).

Superionisches Wasser ist also keineswegs kalt. Die hohen Temperaturen sind es, die den Wasserstoffionen die freie Bewegung erlauben. Gleichzeitig hält der hohe Druck den Sauerstoff an Ort und Stelle fest. In diesem Zustand verändert sich das Wasser auch von einem Isolator zu einem guten Leiter – die Protonen dienen dabei als Ladungsträger.

In welcher Form Wasser in Neptun und Uranus vorliegt, ist damit aber noch nicht geklärt. Falls es superionisch wäre, würde sich das enorm auswirken: es würde die Wärmeleitung in den Planeten verändern, aber auch ihre thermischen und mechanischen Eigenschaften.

Protonen (farbig) bewegen sich im Sauerstoff-Gitter (blau). Bild aus der Science-Veröffentlichung von 1999 (Bild: Erio Tosatti und Sandro Scandolo)

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