Wasser kann noch bei minus 157 Grad Celsius flüssig sein

Flüssiges Wasser gilt gemeinhin als Voraussetzung für die Entstehung von Leben. Somit könnte die neuen Erkenntnis für das Verständnis der Entstehung organischer Verbindungen im Weltall von Bedeutung sein.

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Innsbruck, Wien – Wasser kann auch noch bei extrem tiefen Temperaturen von minus 157 Grad Celsius flüssig sein. Das haben Wissenschafter der Universität Innsbruck gemeinsam mit deutschen Kollegen experimentell nachgewiesen und im Fachjournal „PNAS“ veröffentlicht. Auch wenn diese verblüffende Eigenschaft auf der Erde nur im Labor zu beobachten ist, könnte im Weltall durchaus diese Form flüssigen Wassers existieren. Dies wäre für die Frage von Bedeutung, wie und wo im Weltall organische Moleküle oder gar Leben entstehen können.

Wasser ist ein geheimnisvolles Element. Mittlerweile kennt man Dutzende Eigenschaften, in denen sich Wasser von fast allen anderen Flüssigkeiten unterscheidet. Die bekannteste davon ist die Dichteanomalie: Wasser hat seine höchste Dichte bei Normaldruck bei vier Grad Celsius. Deshalb frieren Seen von der Oberfläche her zu, das leichtere Eis schwimmt auf dem Wasser - meistens jedenfalls.

16 verschiedene Sorten kristallinen Eises

Denn Eis ist nicht gleich Eis, die Wissenschafter unterscheiden 16 verschiedene Sorten kristallinen Eises und drei Sorte amorphen Eises. Auf der Erde gibt es in der Natur nur eine kristalline Form, die Atome sind dabei in einer streng regelmäßigen, aus Sechsecken bestehenden Struktur angeordnet. Unter extremen Bedingungen, insbesondere bei sehr niedrigen Temperaturen, entsteht amorphes Eis, das eher wie flüssiges Wasser, also ohne kristalline Grundstruktur aufgebaut ist - es ist quasi eine erstarrte Form von fließendem Wasser. Im Weltall kommt Eis fast ausschließlich in dieser amorphen Form vor.

Einer der weltweit führenden Wasserexperten ist Thomas Lörting vom Institut für Physikalische Chemie der Universität Innsbruck. In seiner Gruppe wurde vor einigen Jahren ein neuer amorpher Eis-Typ mit besonders hoher Dichte entdeckt, der deutlich schwerer als Wasser ist. Nun hat das Team von Lörting gemeinsam mit jenem von Roland Böhmer von der Technischen Universität Dortmund herausgefunden, dass nach einer speziellen Vorbehandlung das hochdichte amorphe Eis bei rund minus 157 Grad Celsius bei Umgebungsdruck oder unter Vakuumbedingungen vom erstarrten in den flüssigen Zustand übergeht - man nennt dies „Glasübergang“.

Flüssigkeit ist zäher als Honig

„Es handelt sich dabei um eine hochviskose Flüssigkeit, die zäher als Honig ist“, erklärte Lörting, der 2008 mit einem „Starting Grant“ des Europäischen Forschungsrats (ERC) ausgezeichnet wurde. Die Vorbehandlung ist notwendig, damit das grundsätzlich nur für eine kurze Zeitspanne stabile amorphe Eis nicht - wie bisher immer beobachtet - sich von einem Festkörper in einen anderen Festkörper umwandelt. Indem die Forscher Spannungen aus dem amorphen Eis entfernen und damit einen für längere Zeitspannen stabilen Gleichgewichtszustand erzeugen, „haben wir ein Fenster von minus 157 bis minus 143 Grad Celsius, wo wir mit einer hochdichten Flüssigkeit arbeiten können“, sagte Lörting im Gespräch mit der APA.

Die neue Entdeckung könnte aber weit mehr als nur ein wissenschaftliches Kuriosum bedeuten. Denn flüssiges Wasser gilt gemeinhin als Voraussetzung für die Entstehung von Leben. Somit könnte die neuen Erkenntnis für das Verständnis der Entstehung organischer Verbindungen im Weltall von Bedeutung sein. „Wenn Wasser bei sehr viel tieferen Temperaturen als bisher angenommen flüssig auftritt, wirft das ein neues Licht auf diesen Prozess“, so Lörting.

„Arbeit für weitere 30 Jahre“

Die Wissenschafter wollen das zähflüssige Wasser nun genauer untersuchen und dessen Eigenschaften näher charakterisieren. „Wir wollen wissen, wie sich andere Stoffe in diesem Wasser lösen lassen und wie die um ein Viertel höhere Dichte des Wassers die Reaktionsfähigkeit verändert“, sagte der Chemiker, der dafür „Arbeit für weitere 30 Jahre“ ortet.

Die Entdeckung ist übrigens der zweite „Glasübergang“ von Wasser, der an der Universität Innsbruck gefunden wurde. Vor 30 Jahren hat der inzwischen verstorbene Chemiker Erwin Mayer den Glasübergang von niederdichtem amorphen Eis bei minus 137 Grad Celsius beobachtet. (APA)


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