Was genau ist „Ice No. 7“?

Seit die Nachricht aufkam, dass man in der Arktis endlich kurze Ärmel tragen kann, machen sich die Menschen Sorgen um die Lage im Meer. Sie sind der Meinung, dass es bei dieser Entwicklung nicht mehr lange dauern wird, bis die Meeresbewohner in großem Stil in das Land eindringen und die von Menschen errichteten Häuser vollständig zerstören. Zu diesem Zeitpunkt hatte jemand eine brillante Idee und wies darauf hin, dass die Lösung dieses Problems einfach sei: Man müsse lediglich einen Weg finden, alle Ozeane der Erde einzufrieren.

Bis dahin könnte die Erde zu einer Eiskugel werden

Sie denken vielleicht, dass diese Idee zu ungeheuerlich ist und dass nicht einmal Science-Fiction-Filme es wagen, sie auf diese Weise umzusetzen. Aber tatsächlich ist es durchaus möglich, und ein Stück „Eis Nr. 7“ reicht aus. Also, was genau ist dieses „Eis Nr. 7“? Könnte es wirklich dazu führen, dass alle Ozeane der Erde gefrieren?

Gibt es wirklich solch magisches Eis auf der Erde?

Eis hat viele Phasen

Wenn es um Eis Nr. 7 geht, dürften viele Menschen viele Fragen haben. Warum wird Eis aus gefrorenem Wasser vom Menschen ebenfalls in verschiedene Güteklassen eingeteilt? In unserem täglichen Leben haben wir diesen Begriff noch nie gehört. Tatsächlich haben Wissenschaftler schon sehr früh damit begonnen, Eis zu klassifizieren. Der Grund für die Klassifizierung liegt darin, dass es aus mikroskopischer Sicht tatsächlich große Unterschiede zwischen verschiedenen Eisarten gibt.

Wenn man nur die Oberfläche betrachtet, ist es natürlich schwierig, den Unterschied zwischen den verschiedenen Eisarten zu erkennen. Es ist notwendig, die Kristallstruktur des Eises in der mikroskopischen Welt zu analysieren.

Nach diesem Standard gehört das Eis, das wir im Alltag häufig sehen, zum Eis Nr. 1. Aufgrund seiner inneren Struktur wird es im Volksmund auch als hexagonales Eis bezeichnet.

Schematische Darstellung der Molekülstruktur von Eis 1

Natürlich dachte man zunächst, dass Eis in der Natur in Massenproduktion hergestellt würde, in dem Sinne, dass alles genau gleich wäre. Später erkannte man jedoch, dass sich bei Temperatur- und Druckänderungen die Wasserstoffbrücken zwischen den Wassermolekülen in unterschiedlicher Gitterstruktur und Stärke ausbilden und so viele komplexe Eisphasen entstehen, von denen jede ihre eigenen Eigenschaften hat.

Aktuellen Forschungsergebnissen zufolge hat der Mensch bereits über ein Dutzend Eiskristallstrukturen entdeckt, die meisten davon wurden im Labor gewonnen. Denn in der natürlichen Umgebung ist es schwierig, gleichzeitig Druck und Temperatur zu erzeugen, die den Anforderungen der Menschen entsprechen. Darunter können sich in der Natur nur hexagonales Eis Ih und kubisches Eis Ic bilden und auf natürliche Weise existieren.

Schematische Darstellung der Bedingungen für die drei Aggregatzustände des Wassers

Auf diese Weise begann man seit 1900, die Eisphase des Eises zu erforschen, als man durch einfache Druckbeaufschlagung wasserstoffgeordnetes Eis Nr. 2 erhielt. Aufgrund der schlechten Qualität der Beobachtungsgeräte konnte die Struktur von Eis Nr. 2 jedoch erst 1964 durch Röntgenbeugung an Einzelkristallen analysiert werden.

Später, als die Versuchsausrüstung immer perfekter und die Beobachtungsgeräte immer fortschrittlicher wurden, entdeckte man weitere Eisphasen, darunter auch Eis Nr. 7, über das wir heute sprechen werden. Wie wurde also Eis Nr. 7 entdeckt? Wer genau ist es?

Sieht Eis Nr. 7 anders aus als normales Eis?

Das magische „Eis Nr. 7“

Zunächst muss darauf hingewiesen werden, dass Wissenschaftler bei der Untersuchung von Eisphasen zwar Zahlen zum Sortieren und Benennen verwenden, nach dem Eis jedoch normalerweise römische Ziffern hinzufügen. Beispielsweise wird Eis 7 als Eis VII ausgedrückt. Daher beziehen sich die Begriffe „Ice 7“ und „Ice VII“ im Wesentlichen auf dasselbe.

Den Informationen zufolge haben Klotz und andere, die Entdecker von Eis 7, im Labor herausgefunden, dass durch Dekomprimierung von Eis VI in einer Umgebung unter 95 K Hochdruckphaseneis VII erhalten werden kann. Und danach sagten einige Forscher, dass Eis 7 unter einem Druck von 22 kbar stabil existieren kann. Was die innere Struktur von Eis-7 betrifft, so besteht es aus zwei wechselseitig strukturierten kubischen Eisgittern, und es gibt keine verbindenden Wasserstoffbrücken zwischen den Untergittern.

Schematische Darstellung der Molekülstruktur von Eis-7

Vergleicht man es mit dem gewöhnlichen Eis Nr. 1, stellt man fest, dass die Dichte von Eis Nr. 7 sehr hoch ist, etwa 1,5-mal so hoch wie die von Eis Nr. 1. Aus dieser Perspektive ist Eis 7 viel „fester“, als wir uns vorgestellt haben. Darüber hinaus ist der Gefrierpunkt von Eis Nr. 7 höher als der von Eis Nr. 1.

Wie wir alle wissen, verfestigt sich Wasser im Allgemeinen, wenn die Temperatur unter 0 Grad Celsius liegt. Ice No. 7 ist jedoch ein Vertreter eines anderen Ansatzes. Es kann bei 4,9 Grad Celsius erstarren. Allein von der Temperatur her scheint es im Alltag sehr leicht aufzutreten.

Normalerweise gefriert Wasser bei 0 Grad

Aber die Temperatur allein reicht nicht aus. Wie wir im vorherigen Artikel gesagt haben, wird der Wechsel der Eisphase durch die kombinierten Effekte von Druck und Temperatur beeinflusst. Obwohl die Erstarrungstemperatur von Eis Nr. 7 relativ hoch ist, ist auch der Druckbedarf dafür extrem hoch.

Forschungsdaten zufolge ist zum Gefrieren eines Stücks Eis Nr. 7 ein Druck von 3 Milliarden Pascal erforderlich, während unser Standard-Luftdruck nur 101,325 Kilopascal beträgt. Selbst wenn wir den tiefsten Marianengraben an der Oberfläche betreten, sind wir noch weit von der Zahl von 3 Milliarden Pascal entfernt.

Der Druck im tiefsten Teil des Ozeangrabens kann 110 MPa erreichen

Natürlich gibt es auf der Welt alle möglichen Wunder. Ursprünglich dachten Wissenschaftler, dass Eis 7 in der Natur niemals vorkommen würde, doch im Jahr 2018 entdeckte ein amerikanisches Forscherteam unerwartet zufällig einen Diamanten. Obwohl Diamanten wertvoll sind, sind sie im Grunde nichts Besonderes. Das Problem besteht darin, dass in Diamanten das seltene Eis 7 vorkommt.

Es stellte sich heraus, dass dieser Diamant versehentlich zu einem Labor für die Kondensation von Eis-7 wurde. Es kann nicht nur den Druckanforderungen von Eis-7 gerecht werden, sondern auch die Temperatur unter einem bestimmten Grenzwert halten, indem es sie im Körper einschließt. In diesem Fall ist ein eher kleiner Ice No. 7 entstanden.

Beugungsmuster von Eis-7 in Diamant

Die Wissenschaftler waren von der Entdeckung begeistert, einige waren jedoch besorgt. Denn in vielen fantasievollen Beschreibungen ist die Existenz von Ice-7 nichts Gutes für die Menschheit. Im Gegenteil, es könnte von Kriminellen als Waffe zur Zerstörung der Erde eingesetzt werden.

Könnte es sein, dass nur ein einziges Stück Eis Nr. 7 die Ozeane der Erde tatsächlich gefrieren lässt?

Bis dahin müssen die Menschen vielleicht nicht einmal mehr schwimmen lernen.

Kann Eis 7 den Ozean gefrieren lassen?

Tatsächlich kann die Behauptung, dass Eis 7 den Ozean gefrieren lassen kann, nicht als „aus der Luft gegriffen“ betrachtet werden, da die Eigenschaften von Eis 7 zu dieser Annahme passen.

Wenn Eis Nr. 7 unter natürlichen Bedingungen entstanden wäre und der damalige Luftdruck und die Temperatur die Voraussetzungen für ein anhaltendes Gefrieren erfüllt hätten, dann hätte sich dieses Eis von diesem „Punkt“ aus wild ausgebreitet, wie wissenschaftliche Untersuchungen zeigen. Innerhalb nur einer Stunde kann sogar das Gebiet im Umkreis von 1.600 Kilometern vollständig gefrieren.

Ice 7 in der Computersimulation

Aus diesem Grund glauben manche Menschen, dass ein Stück Eis Nr. 7 unter den richtigen Bedingungen und im richtigen Moment tatsächlich den gesamten Ozean zufrieren kann. Durch die obige Einführung ist jedoch jedem klar, dass die Temperatur allein nicht ausreicht und dass auf der Erdoberfläche nicht der für die Bildung von Eis 7 erforderliche Druck vorhanden ist.

Selbst wenn in diesem Fall jemand ein ganzes Stück Ice 7 ins Meer werfen würde, würde das erwartete Bild des schnellen Gefrierens des Ozeans nicht eintreten. Es ist wahrscheinlicher, dass Eis 7 bereits geschmolzen war, als es eintrat.

Es ist vorbei, bevor ich überhaupt anfange ...

Natürlich bedeutet die Tatsache, dass eine solche Umgebung auf der Erde nicht existiert, nicht, dass es sie auf anderen Planeten nicht gibt. Nach Untersuchungen von Wissenschaftlern besteht auf Exoplaneten, die mehr als 20 Lichtjahre von der Erde entfernt sind, möglicherweise das Potenzial, Eis-7 zu beherbergen. Schließlich können Druck und Temperatur auf diesem Planeten den Anforderungen von Eistyp 7 gerecht werden. Noch wichtiger ist, dass es auf seiner Oberfläche kein Land zu geben scheint, er jedoch vollständig vom Ozean umgeben ist.

Kurz gesagt: Theoretisch ist Ice 7 tatsächlich in der Lage, den Ozean zu gefrieren. Dafür sind allerdings zu viele Voraussetzungen nötig, und die Erde kann diese offensichtlich nicht erfüllen. Daher ist es tatsächlich unmöglich, die Ozeane der Erde mit nur einem Stück Eis einzufrieren.

„Willst du mich einfrieren? Übe mehr!“

Erwähnenswert ist, dass es neben dem oft erwähnten Eis Nr. 7, das über die besondere Fähigkeit des „schnellen Gefrierens“ verfügt, auch ein magisches Eis Nr. 18 gibt, das seit seiner Entdeckung häufig auf der heißen Diskussionsliste steht.

Superionische Eisphase-Eis 18

Wenn es schon schockierend ist, dass Eis Nr. 7 bei Zimmertemperatur kondensieren kann, dann wird Eis Nr. 18 unsere Wahrnehmung erneut untergraben. Schon 1988 machten Physiker, die sich ganz dem Studium der Eisphasen verschrieben hatten, eine Vorhersage über das „Gefrieren bei hohen Temperaturen“.

Obwohl es unglaublich erscheint, glaubt er, dass in einer extremen Umgebung, in der gleichzeitig hohe Temperaturen und hoher Druck herrschen, Sauerstoffionen in einem festen kubischen Gitter eingeschlossen werden können. Wasserstoffionen können sich darin frei bewegen.

Schematische Darstellung der Molekülstruktur von Eis-18

In diesem Fall ist die Eiskristallstruktur stabiler und der Schmelzpunkt höher. Diese Prophezeiung wurde 30 Jahre später schließlich bestätigt.

Es wurde berichtet, dass der LLNL-Physiker Millot und andere im Jahr 2018 den ersten Hinweis auf die Existenz von superionischem Eis gefunden haben. Sie komprimierten flüssiges Wasser, sodass es sich innerhalb weniger Nanosekunden in festes Eis verwandelte. Die Leitfähigkeit hat sich innerhalb kurzer Zeit um das Hundertfache erhöht, was bedeutet, dass das Wassereis in einen „superionischen“ Zustand übergegangen ist.

Wie würde superionisches Eis aussehen?

Ähnlich der Vorhersage des Physikers kann Eis 18 reibungslos entstehen, wenn der Druck zwischen 249 und 278 GPa und die Temperatur zwischen 2000 und 3000 K liegt. Aus dieser Situation lässt sich schließen, dass dieses Stück Eis tatsächlich eine „Wiedergeburt aus der Asche“ erlebt hat.

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