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Neue Tiefsttemperatur

Wie lange kann Wasser flüssig bleiben?

Unter bestimmten Bedingungen kann Wasser auch noch bei Minusgraden fließen. Nun präsentieren Darmstädter Forscher einen neuen Rekord.
Wassertropfen

Bei welcher Temperatur wird Wasser zu Eis? Wer nun den allseits bekannten Gefrierpunkt von null Grad Celsius nennt, liegt nur teilweise richtig. Bereits im Jahr 1724 beobachtete der deutsche Physiker Daniel Gabriel Fahrenheit minus neun Grad kaltes Wasser, das bei normalem Luftdruck Bestand hatte. Mittlerweile ist bekannt, dass es "unterkühlte" Tröpfchen sogar in Wolken gibt, in denen das Element des Lebens bis zu minus 35 Grad im flüssigen Aggregatzustand bleiben kann.

Das Phänomen tritt unter anderem dann auf, wenn in einer Wasserprobe nur sehr wenige Schmutzpartikel schwimmen. Um sie herum bilden sich unterhalb von null Grad Celsius Eiskristalle. Sorgfältig gereinigtes Wasser, in der es nur sehr wenige dieser Kristallisationskeime gibt, gefriert dagegen gemächlicher: Es erstarrt erst weit unterhalb des Gefrierpunkts, wenn lokale Temperaturschwankungen hier und da die Bewegung von Wassermolekülen zum Erliegen bringen.

Schon länger halten Wissenschaftler Wasser mit klug konstruierten Experimenten bis zu immer niedrigeren Temperaturen flüssig. Ein Team um Robert Grisenti vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt präsentiert hierbei nun einen spektakulären Tiefstwert: Den Forschern ist es gelungen, flüssiges Wasser bei einer Temperatur von minus 42,5 Grad Celsius nachzuweisen, berichten sie im Fachmagazin "Physical Review Letters".

Dazu spritzten die Wissenschaftler 19 Grad warme, wenige Mikrometer große und ultrareine Wassertropfen in eine Vakuumkammer. Während die oberen Schichten verdampften, kühlte sich das Innere der Kügelchen binnen Sekundenbruchteilen stark ab. Anhand der Rate, mit der die Tröpfchen schrumpften, konnten die Forscher letztlich die Temperatur bestimmen.

Bei minus 45 Grad liegt eine Schwelle

Wesentlich für die Messung war die Technik der so genannten Raman-Spektroskopie, bei der Moleküle mit kurzen Laserpulsen beschossen werden. Aus der Form des Spektrums des reflektierten Lichts lässt sich der Durchmesser der Tröpfchen ermitteln. Während des sechsminütigen Experiments untersuchten die Forscher auf diese Weise rund eine Milliarde Wasserportionen.

Bereits vor drei Jahren hatte ein Forscherteam in der Fachzeitschrift "Nature" Hinweise auf minus 44 Grad kaltes Wasser präsentiert. Die Autoren der neuen Studie halten diese Messung allerdings für nicht stichhaltig, unter anderem, da theoretischen Überlegungen zufolge bei minus 45 Grad eine Schwelle liegt, an der sich die Eigenschaften von Wasser rapide ändern müssten. Was an diesem Punkt genau geschieht, ist eines der ungelösten Rätsel der Wasserforschung.

03/2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 03/2018

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