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Quasikristall: Meteorit brachte exotische Struktur auf die Erde

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Für die Entdeckung von Quasikristallen im Labor gab es einen Nobelpreis. Doch erst vor kurzem konnten Forscher die exotischen Strukturen auch in der Natur nachweisen. Das von ihnen beschriebene Mineral ist so alt wie die Erde - und hat eine lange Reise hinter sich.

Gesteinsprobe: Natürlicher Quasikristall entstand vor 4,5 Milliarden Jahren Zur Großansicht
Princeton University/ Paul J. Steinhardt

Gesteinsprobe: Natürlicher Quasikristall entstand vor 4,5 Milliarden Jahren

Sie ähneln Kristallen - doch ihr Aufbau sprengt die strengen Symmetrieregeln, die für die Struktur von Kristallen gelten: Sogenannte Quasikristalle sind exotische Erscheinungen. Für ihren Nachweis erhielt der Israeli Daniel Shechtman 2011 den Nobelpreis für Chemie. Er entdeckte die Struktur, deren Existenz er selbst kaum für möglich gehalten hatte, in den achtziger Jahren bei einer im Labor geschaffenen Verbindung.

Die Struktur von Quasikristallen unterscheidet sich von der gewöhnlicher Kristalle, in denen Atome oder Moleküle periodisch angeordnet sind. Würde man ein Stück aus einem Kristall herausnehmen und es parallel ein wenig verschieben, würde es dort perfekt hineinpassen. Ebenso ist das nach einer Drehung möglich, allerdings nur nach einer halben, Drittel-, Viertel-, oder Sechsteldrehung. Ergibt sich das gleiche Muster nach einer Dritteldrehung, spricht man beispielsweise von einer dreifachen Symmetrie. Einige Symmetrien sind eigentlich nicht möglich, fünffache und siebenfache etwa - doch sie existieren in Quasikristallen. Und, wie Forscher erstaunt feststellen, in den Ornamenten jahrhundertealter Moscheen.

Die möglichen Anwendungen für die sehr harten und spröden Materialien sind vielfältig - von der Antihaftbeschichtung des Kochgeschirrs bis zum Überzug für medizinische Geräte. Auch könnten sie die Eigenschaften von metallischen Legierungen verbessern. Chemikern gelang es im Labor, diverse Quasikristalle herzustellen.

Doch es blieb ein Rätsel, ob sich diese Exoten auch in der Natur finden. Paul Steinhardt von der Princeton University und Luca Bindi von der Università degli Studi di Firenze trieb die Frage erst in die Tiefen von Museumsarchiven und schließlich ins Koryak-Gebirge auf der Kamtschatka-Halbinsel, weit im Osten Russlands. Im Fachmagazin "Reports of Progress in Physics" beschreiben sie ihre letztendlich erfolgreiche Suche nach einem natürlichen Quasikristall.

4,5 Milliarden Jahre alt

Die beiden Forscher konnten jetzt nicht nur die Frage beantworten, ob diese Strukturen auch in der Natur zu finden sind, sondern sogar, wann der von ihnen identifizierte Quasikristall entstanden ist: vor etwa viereinhalb Milliarden Jahren, als sich die Planeten formten. Nach einer langen Reise durchs Sonnensystem gelangte das Mineral schließlich auf die Erde - in einem Meteoriten, der vor rund 15.000 Jahren auf unserem Planeten einschlug.

Die Wissenschaftler hatten das besondere Stück Gestein im Naturkundemuseum von Florenz entdeckt. Auf der Suche nach einem natürlichen Quasikristall, die Steinhardt bereits 1984 aufgenommen hatte, hatten verschiedene Forscher die Daten unzähliger Gesteinsproben in Museen untersucht. 2009 konnten sie endlich einen Fund vorweisen. Eine einzelne Probe besaß eine Symmetrie wie ein Fußball: sechs Achsen und eine fünffache Symmetrie, wie sie normale Kristalle nicht aufweisen dürfen.

Steinhardt und Bindi beschreiben, mit welchen Analysetechniken sie der Probe ihre Geheimnisse entlockten - und wie dies ein unweigerliches Ende fand. Irgendwann war ihnen klar, dass das Material von einem Meteoriten stammen musste. Doch die Zusammensetzung aus verschiedenen Metallen, die sonst nicht gleichzeitig in Meteoriten zu finden waren, machte sie stutzig. Weitere Tests waren nötig, doch nach all den Untersuchungen waren nur noch ein paar winzige Körnchen der Probe übrig - zu wenig, um daraus schlüssige Daten zu gewinnen.

Expedition in die Koryak-Berge

"Jetzt gab es einen guten Grund, diese Reise, von der wir bloß geträumt hatten, in die Realität umzusetzen", erzählt Steinhardt. "Es war zwar reine Spekulation, aber wenn wir dort nur eine Probe finden würden, könnte das die bizarre Geschichte, die wir entwickelt hatten, zweifelsfrei belegen." Und man hätte neue Proben, um den ungewöhnlichen Meteoriten besser zu untersuchen.

Die Forscher spürten den Mann auf, der das Gestein 1979 entdeckt hatte, nachdem sie rekonstruiert hatten, wie die Probe durch die Hände mehrere Händler und Schmuggler nach Florenz gelangt war. Walerij Krjatschko hatte damals den Auftrag, in den Koryak-Bergen nach Platin zu suchen. Spuren des Edelmetalls fand er nicht, aber einige Gesteinsproben mit metallischen Einschlüssen. Mit seiner Hilfe fand die Expedition, die 13 Teilnehmer hatte, weitere Proben des exotischen Gesteins. Und die Forscher konnten bestätigten, dass die Quasikristalle aus einem Meteoriten stammten.

Mit den neu gesammelten Proben wollen sie dessen ungewöhnliche Zusammensetzung genauer erforschen. Womöglich gibt das neue Einblicke in die Entstehungsphase unseres Planetensystems.

Bleibt die Frage, ob sich die seltsamen Strukturen auch auf der Erde selbst unter natürlichen Bedingungen bilden können, eventuell tiefer im Erdmantel. Steinhardt und Bindi halten das für wahrscheinlich. Sie hoffen, dass ihre erfolgreiche Suche andere Forscher anregt, ebenfalls nach natürlichen Quasikristallen zu fahnden. Vielleicht dauert die nächste Suche dieser Art dann auch keine zwei Jahrzehnte - mit etwas Glück.

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insgesamt 5 Beiträge
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1. Speicherstick gefunden
hanfiey 11.08.2012
Da hat jemand wohl den Speicherstick der ausgestorbenen Marsianer gefunden und wundert sich das die Energiequelle nicht kompatibel ist.
2.
dr.qwertzify 11.08.2012
Zitat von hanfieyDa hat jemand wohl den Speicherstick der ausgestorbenen Marsianer gefunden und wundert sich das die Energiequelle nicht kompatibel ist.
Genau! Und die hochdekorierten Forscherdeppen haben im Labor die ganze message der Marsianer zerkocht ;-)
3. Was für ein Glück!
mausco49 11.08.2012
Ja, zum Glück gibt es zwei so klüge Köpfe auf der Erde , die der Geschichte auf die Schliche gekommen sind!
4. Und nochmal Glück
speedlnk 13.08.2012
Ja, zum Glück gibt es ein helles Köpfen, dass seinen Senf zu einem eindeutig humorvollen Kommentar abgibt und tatsächlich glaub der Poster meint es ernst. Gz
5. Und besser fotografieren konnten die früher auch - bestimmt!
zeitmax 28.09.2012
Schärfentiefe gegen Tiefenschärfe...
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