Wasser ist nicht gleich Wasser

Tiroler Wissenschaftler konnten zeigen, dass nicht gefrorenes Wasser unter null Grad Celsius aus zwei verschiedenen Flüssigkeiten besteht. Dafür setzten sie Wasser einem Druck von 2.000 Bar aus und kühlten es auf etwa minus 200 Grad Celsius ab.

Normalerweise gefriert Wasser bei null Grad Celsius. Unter bestimmten Bedingungen kann Wasser noch viel stärker abgekühlt werden, ohne dass es zu Eis erstarrt.

Festes Wasser - aber kein Eis

Jedoch ist unterkühltes Wasser sehr schwer zu erforschen, da es stark zum Kristallisieren neigt. Deshalb beobachteten die Innsbrucker Wissenschaftler unterkühltes Wasser in einer festen, aber nicht gefrorenen Form.

Unter Laborbedingungen kann nämlich Wasser auch fest werden, ohne dass sich die Moleküle in einer Kristallstruktur anordnen. Die Wissenschaftler nennen diesen Zustand „festes Wasser“.

Eva Fessler / Uni Innsbruck

Dichtes und weniger dichtes Wasser

Extrem kaltes Wasser kann abhängig von Druck und Temperatur in zwei verschiedenen Formen vorliegen: in einer dichten und in einer weniger dichten Form. Bei kaltem Wasser niedriger Dichte war schon bisher bekannt, dass es bei minus 137 Grad Celsius flüssig wird.

Die Innsbrucker Forscher um Thomas Lörting vom Institut für Physikalische Chemie haben nun gezeigt, dass sich auch festes Wasser hoher Dichte bei einem Druck von 1.000 bis 2.000 Bar zwischen minus 138 und 133 Grad Celsius verflüssigt. Zuvor war es noch niemandem gelungen, den Übergang vom festen zum flüssigen Zustand bei hochdichtem Wasser zu messen.

Eva Fessler / Uni Innsbruck

Verhalten wie Wasser-Öl-Gemisch

Aufgrund dieser Erkenntnisse - gepaart mit früheren Forschungsergebnissen - haben die Wissenschaftler zeigen können, dass beim Übergang der beiden Arten von festem Wasser zu flüssigem Wasser auch zwei unterschiedliche Flüssigkeiten entstehen, eine dichte und eine weniger dichte Flüssigkeit, die sich wie Öl und Wasser verhalten: Sie entmischen sich und bilden zwei Schichten. So konnten die Forscher auch die zwei verschiedenen Schichten festen Wassers voneinander lösen. Außerdem geht bei höheren Temperaturen die dichte Form des Wassers zunehmend in die weniger dichte Form über.

Praktische Relevanz haben diese Forschungen vor allem für die Biowissenschaften. Außerdem gibt es die Vermutung, dass im Weltall ein großer Teil des Wassers nicht in kristalliner, sondern in amorpher Form als „festes Wasser“ vorliegt.