Unter 35 Millionen PSI verändert Wasser im Labor seine Struktur

In einem Labor in Las Vegas liegt eine Wasserprobe zwischen zwei Diamanten, dem härtesten bekannten Material, und wird so lange zusammengedrückt, bis sie 35 Millionen Pfund pro Quadratzoll (PSI) erreicht. Ein Autoreifen hält etwa 30 PSI. Bei diesem Druck verhält sich das Wasser nicht mehr so, wie es in einem Glas auf dem Küchentisch tut.

Die übliche physikalische Regel ist einfach: Wird ein Material komprimiert, werden seine Atome enger zusammengepresst, was normalerweise zu geordneteren, symmetrischeren Anordnungen führt. Wasser bricht diese Regel. Das Team der Universität von Nevada, Las Vegas (UNLV) stellte fest, dass Wasser mit steigendem Druck zu einer Version seiner selbst mit niedrigerer Symmetrie wird, wobei sich seine Chemie zusammen mit seiner Struktur verändert. Die Arbeit, geleitet vom Physiker Ashkan Salamat, dem Leiter des Nevada Extreme Conditions Lab, ist in Communications Chemistry veröffentlicht.

Der Druck wurde nicht zufällig gewählt. Salamats Team erklärt, es habe Bedingungen nachgebildet, die jenen auf Neptun oder Uranus, den sogenannten Eisriesen, nahekommen. Deren Inneres besteht aus heißem, metallartigem Wasser, Ammoniak und Methan. Daten der Voyager-Missionen geben Wissenschaftlern eine Vorstellung von der Zusammensetzung dieser Planeten sowie von Druck und Temperatur in ihrem Inneren, doch keine Sonde kann in ihre Atmosphären oder ihre Kruste eintauchen. Nur im Labor lässt sich die Chemie direkt beobachten.

Die Methode ist präzise, aber eng begrenzt. Die Proben wurden mithilfe der Spektroskopie untersucht, die zeigt, wie Materie mit Licht wechselwirkt, während Röntgenstrahlen die Anordnung der Atome sichtbar machten. Die Ergebnisse sind Labormessungen an wenigen Proben unter extremer Kompression. Salamats Team beschreibt, wie Wasser tief im Inneren eines Planeten aussehen könnte, und merkt an, dass es sich bei einer Druckentlastung wahrscheinlich zu einer Struktur umordnen würde, die auf der Erde häufiger vorkommt.

Vorerst profitieren vor allem jene Forscher, die das Innere der Eisriesen modellieren: Sie erhalten gemessenes Verhalten von Wasser unter Bedingungen, in die kein Instrument vordringen kann. Die Studie nennt kein Datum für eine Anwendung und beansprucht über dieses wissenschaftliche Bild hinaus keinen praktischen Nutzen. Salamat formuliert den Ehrgeiz mit Blick auf die fernere Zukunft: „Wenn wir irgendwann diese Welten erreichen – was werden wir dann sehen?“ Bis dahin wird die Antwort Probe für Probe unter Druck erarbeitet.