Erste Atombombenexplosion der Welt erzeugte ungewöhnlichen Kristall

Am 16. Juli 1945 wurde in der Wüste des US-Bundesstaates New Mexico die erste Atombombe gezündet. Die immense Hitze der Explosion hat einen neuen Kristall entstehen lassen, wie Forscher aus Italien herausgefunden haben.

Die Hitze verschmolz Sand und andere Materialien, darunter Kupfer von verdampften Kabeln, zu einer glasartigen, schwach radioaktiven Substanz, die grün oder rot sein kann. Nach dem „Trinity“ genannten Atomtest hat sie den Namen Trinitit bekommen.

Im Innern von Trinitit hat das Team um den Mineralogen Luca Bindi eine neuartige Kristallstruktur entdeckt, ein sogenanntes Clathrat – das ist ein Gitter, in dessen Innerem Atome eingeschlossen sind. Das Kristallgitter in dem Trinitit besteht aus Silizium und hat die Form eines Dodekaeders mit 12 oder eines Tetradekaeders mit 14 Seiten. Darin eingeschlossen sind Kalzium-, Kupfer- und Eisenatome.

Ganze neue Form von Clathrat

„Das ist eine ganz neue Form von Clathratkristallen – so etwas wurde weder in der Natur noch in den Rückständen einer Atomexplosion gefunden“, sagte Bindi dem US-Wissenschaftsmagazin Scientific American. Das Team um den Forscher der Universität von Florenz hat seine Entdeckung in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.

Das Material verdankt seine ungewöhnliche Struktur den extremen Bedingungen, unter denen es entstand: Die Ausgangsmaterialien wurden Temperaturen von 1500 Grad Celsius und Drücken im Bereich von mehreren Gigapascal ausgesetzt. Sie verdampften, mischten sich und kühlten in kurzer Zeit ab.

Das alles sei in Sekunden passiert, sodass die Atome keine Zeit hatten, sich in stabilen Strukturen zu organisieren, sagte Bindi. Deshalb habe ein solches Nichtgleichgewichtsmaterial entstehen können. Unter normalen Bedingungen wäre das Clathrat nicht stabil, sondern würde zerfallen.

Das Team von Bindi hatte 2021 schon eine bemerkenswerte Entdeckung in rotem Trinitit gemacht: Es fand darin einen Quasikristall, der ebenfalls aus Eisen, Silizium, Kupfer und Kalzium besteht. Ein Quasikristall hat in seinem Inneren eine Struktur wie ein Kristall. Anders als bei einem solchen ist sie aber unregelmäßig.

Quasikristalle sind sehr selten. Neben dem von Bindi im Trinitit entdeckten sind nur einige wenige aus Meteoriteneinschlägen bekannt, die ähnlich extreme Bedingungen erzeugen können.

(wpl)