Deutsche und englische Forscher haben die kleinste und einfachste aller möglichen Schneeflocken hergestellt: Die lediglich aus sechs Wassermolekülen bestehenden Eiskristalle bildeten sich auf einer wasserabweisenden Metalloberfläche, die auf fünf Grad über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt worden war. Die Wissenschaftler beobachteten die Kristalle mit einem speziell für diesen Zweck umgebauten Elektronenmikroskop. Zum ersten Mal konnten sie dabei Eiskristalle in einer so hohen Auflösung abbilden, dass die einzelnen Wassermoleküle erkennbar sind.
In der Natur bilden sich Eiskristalle oftmals um mikroskopisch kleine Staubkörner, die als Kristallisationskeime bezeichnet werden. Diese Kristalle dienen dann als Ausgangspunkt für die Wolkenbildung. Mit ihren Experimenten machten die Forscher einen weiteren Schritt in der Aufklärung dieses wichtigen Prozesses. Normalerweise sind im Eis die Wassermoleküle über gleichstarke Kräfte miteinander verkettet. Bei den von den Forschern untersuchten Eiskristallen auf der Metalloberfläche waren diese Verknüpfungen jedoch unterschiedlich stark.
Die Wissenschaftler erklären dies mit einer Art Wettbewerb zwischen der Fähigkeit des Wassermoleküls, sich an eine Metalloberfläche zu ketten und der Möglichkeit, mit anderen Wassermolekülen Verknüpfungen zu bilden. Dieser Wettkampf um die Verknüpfungsmöglichkeiten des Wassermoleküls war bislang unbekannt und könnte generell für die Bildung von Eisstrukturen auf festen Oberflächen von Bedeutung sein.
Die Forscher hoffen, mit dieser neuen Erkenntnis auch das Verständnis über die Wechselwirkungen zwischen Wassermolekülen und Staubpartikeln in der Atmosphäre vertiefen zu können. Diese Wechselwirkungen sind Grundlage für die Bildung von Wolken und beeinflussen daher entscheidend das Klima auf der Erde.
Angelos Michaelides (Zentrum für Nanotechnologie, London) und Karina Morgenstern (Leibniz-Universität, Hannover): Nature Materials, Onlinevorabveröffentlichung, DOI: 10.1038/nmat1940 ddp/wissenschaft.de ? Tobias Becker
