Bizarres Nass

Kaum ein Stoff scheint so unspektakulär wie Wasser, und kaum einer ist für die Wissenschaft so rätselhaft. Wenn Wasser gefriert, zieht es sich nicht zusammen wie eine normale Flüssigkeit, sondern dehnt sich aus. Das hat den Nachteil, dass Bierflaschen in der Kühltruhe platzen – und den Vorteil, dass Eis obenauf schwimmt. Oder Schlittschuhlaufen. Unter den Kufen bildet sich eine dünne Wasserschicht, ohne die der Läufer auf dem Eis kleben bliebe. Unter den herrschenden Druck- und Temperaturverhältnissen dürfte es unter den Kufen aber gar kein Wasser geben. Schlüssige Erklärungen fehlten.

Nun wirft eine Studie des Stuttgarter Max-Planck-Instituts für Metallforschung ein neues Licht auf das bizarre Nass. In einem Kühlraum legten die Forscher eine Schicht perfekter Eiskristalle, gezüchtet an der ETH Zürich, über eine Mineralschicht und untersuchten die Grenzfläche. Und siehe da: Zwischen den zwei Schichten bildete sich ein ultradünner Film, der sich als hochdichtes Wasser entpuppte – mit einer Dichte von 1,2 Gramm pro Kubikzentimeter, zwanzig Prozent mehr als Hahnenwasser.

Diese Entdeckung passt wunderbar in eine Theorie, die alle Kapriolen der Flüssigkeit auf einen Schlag erklären könnte: Das Wasser, das wir kennen, sei in Wahrheit ein Gemisch aus zwei Wassern – einer hochdichten und einer weniger dichten Form. Unter normalen Verhältnissen seien die beiden Wasser nicht trennbar; nur unter speziellen Umständen, eben zum Beispiel in einer extrem dünnen, unterkühlten Schicht, könnte die eine oder andere Form für sich allein existieren. Just das haben die Stuttgarter Forscher nachgewiesen.

So stehen möglicherweise ein paar Rätsel vor ihrer Auflösung: Das Ausdehnen beim Gefrieren wäre eine Folge des je nach Temperatur unterschiedlichen Anteils der beiden Wasserarten, und beim Schlittschuhlaufen könnte sich ein dünner Film hochdichten Wassers bilden, ähnlich wie an der Grenzfläche im Experiment. Und vielleicht finden die Wissenschaftler dereinst auch noch einen Trick, um das Entstehen solcher Gleitschichten zu verhindern. Das wäre dort nützlich, wo Rutschen unerwünscht ist: beim Autofahren.

Quelle: Physical Review Letters, 21. Mai 2004