EISRIESEN
Forschungsteam weist neuartige Form von Wasser nach
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Rostock 
astronews.com
13. Januar 2026

Ein internationales Forschungsteam hat erstmals eine bislang unbekannte Form von superionischem Wasser nachgewiesen: Den Forschenden entdeckten experimentell eine exotische, elektrisch hoch leitfähige Phase von Wasser, die möglicherweise im Inneren von Eisriesen wie Uranus und Neptun oder anderen Planeten um ferne Sonnen vorkommt.

Schematische Darstellung der mikroskopischen Struktur von superionischem Wasser, in welchem die Sauerstoff-Atome ein festes Kristallgitter bilden, während Wasserstoff-Ionen darin quasi frei beweglich sind. Bild: Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory [Großansicht]

 Temperaturen von mehreren tausend Grad Celsius und der Druck von Millionen Atmosphären: Superionisches Wasser entsteht nur unter extremen Bedingungen. Sie verwandeln Wasser in einen ungewöhnlichen Zustand, in dem Wasserstoffionen frei durch ein festes Gitter aus Sauerstoffatomen wandern. Da diese Phase elektrischen Strom besonders gut leitet, wird sie mit der Entstehung der ungewöhnlichen Magnetfelder von Eisriesen in Verbindung gebracht. Aufgrund der großen Wassermengen im Inneren von Uranus und Neptun könnte superionisches Wasser sogar die häufigste Form von Wasser in unserem Sonnensystem sein.

Obwohl superionisches Wasser bereits in früheren Experimenten erzeugt wurde, blieb seine detaillierte Struktur bislang ungeklärt. Bisherige Studien deuteten darauf hin, dass sich die Sauerstoffatome in superionischem Eis entweder in einer kubisch-raumzentrierten oder einer kubisch-flächenzentrierten Struktur anordnen, also in zwei Varianten eines Würfelgitters: Bei ersterer sitzt zusätzlich ein Atom in der Würfelmitte, bei letzterer auf jeder Würfelfläche.

Die neue Studie eines internationalen Forschungsteams unter Leitung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universität Rostock, der französischen CNRS-École Polytechnique und des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf zeichnet jedoch ein deutlich komplexeres Bild: Die Forschenden fanden heraus, dass superionisches Wasser eine Struktur bildet, die sowohl kubisch flächenzentrierte als auch hexagonal dichtgepackte Stapelungen kombiniert. Letztere entsprechen einer Schichtung eng aneinanderlegender Atome in sechseckigen Mustern und führen zusammen mit den kubischen Bereichen zu deutlichen Stapelfehlern. Anstatt sich in einer einzigen regelmäßigen Konfiguration zu ordnen, bilden die Sauerstoffatome eine hybride, fehlstrukturierte Abfolge – ein Muster, das nur durch hochpräzise Messungen an modernsten Röntgenlasern sichtbar gemacht werden kann.

Um diese Erkenntnisse zu gewinnen, führte das Team zwei Experimente durch: eine am Matter in Extreme Conditions (MEC)-Instrument an der Linac Coherent Light Source am Stanford Linear Accelerator Center in den USA und eine weitere am HED-HIBEF-Instrument am European XFEL. Diese Anlagen ermöglichen es den Forschenden, Wasser auf Drücke von mehr als 1,5 Millionen Atmosphären zu komprimieren und auf Temperaturen von mehreren tausend Grad Celsius zu erhitzen – und gleichzeitig seine atomare Struktur innerhalb von Billionstel Sekunden aufzuzeichnen.

Die Ergebnisse, die mit fortschrittlichsten Simulationen übereinstimmen, zeigen, dass superionisches Wasser eine strukturelle Vielfalt aufweisen kann, die der von festem Eis ähnelt, das je nach Druck und Temperatur eine Vielzahl unterschiedlicher Kristallstrukturen ausbildet. Die Studie unterstreicht, dass Wasser – trotz seiner scheinbaren Einfachheit – unter extremen Bedingungen immer wieder neue und bemerkenswerte Eigenschaften offenbart. Zudem liefern die Befunde wertvolle Randbedingungen für verbesserte Modelle des Inneren und der Entwicklung von Eisriesen, die auch außerhalb unseres Sonnensystems sehr häufig sind.

Das Projekt wurde im Rahmen einer gemeinsamen Initiative der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der französischen Forschungsförderagentur ANR unterstützt. Mehr als 60 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Europa und den USA waren an den Experimenten und der Auswertung beteiligt. Ihre Ergebnisse veröffentlichte das Team in einem Fachartikel, der in Nature Communications erschienen ist.