Auch bei Temperaturen weit unter dem eigentlichen Gefrierpunkt liegt nicht alles Wasser als festes Eis vor: Schon bei minus 17 Grad kann sich an Kontaktflächen zwischen Eis und bestimmten Mineralien ein extrem dünner Film aus flüssigem Wasser bilden. Das Wasser in dieser flüssigen Schicht ist jedoch kein gewöhnliches, sondern so genanntes hochdichtes Wasser, das eine höhere Dichte und wahrscheinlich auch andere Eigenschaften als flüssiges Wasser unter Normalbedingungen hat. Das haben Wissenschaftler vom Stuttgarter Max-Planck-Institut für Metallforschung entdeckt. Die Forscher um Simon Engemann werden ihre Entdeckung in einer kommenden Ausgabe der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlichen.
Trotz intensiver Forschung ist immer noch nicht alles darüber bekannt, wie sich Wasser unter unterschiedlichen Bedingungen verhält. So vermuteten Wissenschaftler bisher zwar, dass es hochdichtes Wasser geben muss, konnten es aber nicht nachweisen. Dieser Nachweis ist den Stuttgarter Forschern jetzt gelungen: Mit energiereichen Röntgenstrahlen aus einem
Teilchenbeschleuniger hatten sie die Kontaktfläche zwischen Eiskristallen aus ganz reinem Wasser und einer Siliziumdioxidschicht untersucht. Solche Bedingungen kommen auch in der Natur beispielsweise bei Gletschern oder in Permafrostböden vor.
Bei ihren Untersuchungen stießen die Forscher auf eine nur wenige Nanometer (Millionstel Millimeter) dicke Schicht aus flüssigem Wasser, dessen Dichte mit knapp 1,2 Gramm pro Kubikzentimeter etwa 20 Prozent höher war als die von Wasser bei Raumtemperatur. Um eine derart erhöhte Dichte zu haben, müsse sich auch die Struktur des neu entdeckten Wassers von der bisher bekannten flüssigen Struktur unterscheiden, schreiben die Wissenschaftler. Wie genau diese Struktur aussieht, können sie jedoch noch nicht sagen.
Die Forscher vermuten, dass sich wegen der abweichenden Struktur nicht nur die Dichte, sondern auch andere Eigenschaften des hochdichten Wassers von denen des normalen Wassers unterscheiden. Solche veränderten Eigenschaften könnten in der Natur wichtige Rollen spielen: Eine niedrigere Viskosität würde beispielsweise Gletscherbewegungen fördern, während eine veränderte Löslichkeit für Salze den gesamten Schmelzprozess beeinflussen könnte. Weitere Untersuchungen sollen nun die Frage klären, ob sich das hochdichte Wasser nur bei Kontakt mit Siliziumdioxid oder auch an anderen Grenzflächen bildet.
ddp/bdw ? Ilka Lehnen-Beyel
