„Unmögliche“ Struktur: In einem Meteoriten haben Forscher einen neuen Quasikristall entdeckt – eine Kristallform, deren Struktur eigentlich „verboten“ ist. Dies erst der dritte bekannte Quasikristall, der natürlich vorkommt – und der erste, der in der Natur entdeckt wird, bevor man ihn im Labor hergestellt hat, wie die Forscher im Fachmagazin „Scientific Reports“ berichten. Entstanden ist der ungewöhnliche Kristall wahrscheinlich bei einer Meteoriten-Kollision im Weltall.
Normalerweise sind Kristalle streng symmetrisch aufgebaut: Sie bestehen aus geometrischen, sich wiederholenden Grundeinheiten – wie bei einem aus einheitlichen Fliesen zusammengesetzten Boden. Doch 1982 entdeckte der US-Forscher Daniel Shechtman, dass es auch „verbotene“ Kristallstrukturen gibt – Quasikristalle. Bei ihnen ist das regelmäßige Schema aufgebrochen und es wechseln sich mehrere verschiedene Grundformen ab.
Dritter Fund im Khatyrka-Meteoriten
Solche Strukturen galten jedoch lange als in der Natur „unmöglich“. Doch Paul Steinhardt von der Princeton University und seine Kollegen haben in den letzten Jahren schon zwei natürliche Vertreter solcher Quasikristalle entdeckt. Beide stammen aus dem 2011 in Sibirien entdeckten Khatyrka Meteoriten. Einer der Quasikristalle ähnelt einem zehneckigen Scheibchen-Stapel, der andere basiert auf ikosaedrischen – Grundelementen.
Jetzt gibt es einen weiteren Fund: Im gleichen Meteoriten haben die Wissenschaftler einen dritten Quasikristall entdeckt. Es handelt sich um ein Mineral aus Aluminium, Kupfer und Eisen, dessen Struktur eigentlich bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes nicht stabil sein dürfte. Die geometrische Grundeinheit des Quasikristall ähnelt einem Ikosaeder – der Form, die beispielsweise ein 20-seitiger Spielwürfel hat.
Kollision im All als Ursache
„Die Entdeckung eines solchen ikosaedrischen Quasikristalls ist aus mehreren Gründen bemerkenswert“, sagt Steinhardt. „Es ist erst der dritte natürliche Quasikristall, den man kennt und alle diese Beispiele stammen aus nur einem Meteoriten.“ Außerdem sei es der erste Quasikristall, dessen Struktur in der Natur gefunden wurde, bevor man ihn im Labor entdeckt hat. Ungewöhnlich ist zudem, dass diese Mineralstruktur unmittelbar neben dem zweiten bisher bekannten Quasikristall lag.
Die Forscher vermuten, dass diese Quasikristalle ihre Entstehung den extremen Bedingungen verdanken, denen sie einst im Meteoriten ausgesetzt waren. „Frühere Analysen haben ergeben, dass der Khatyrka-Meteorit eine Kollision im All erlebte, bei der er einem Druck von bis zu fünf Gigapascal ausgesetzt war und auf 1.200 Grad erhitzt wurde“, berichten die Wissenschaftler. Anschließend kühlte der Brocken sehr schnell ab.
Diese speziellen Bedingungen haben offenbar dazu geführt, dass Metalle und Gestein in dem Brocken in ungewöhnliche Strukturen gezwungen wurden, die anschließend quasi eingefroren blieben. (Scientific Reports, 2016; doi: 10.1038/srep38117)
(Nature, 13.12.2016 – NPO)
