Mehr als 80 Jahre nach dem Trinity-Atomtest, bei dem die Menschheit zum ersten Mal Zeuge der Kraft einer Atombombe wurde, graben Wissenschaftler in den Überresten immer noch neue wissenschaftliche Entdeckungen aus. Kürzlich ergab die neueste Analyse der Materialien, die diese historische Atomexplosion hinterlassen hatte, dass in den Produkten der Atomexplosion erstmals eine Kristallstruktur namens Clathrat bestätigt wurde.
Am 16. Juli 1945 führten die Vereinigten Staaten im Rahmen des Manhattan-Projekts eine Testexplosion einer Plutoniumbombe mit dem Codenamen „Trinity“ in der Wüste von New Mexico durch. Die Atombombe setzte eine Energie frei, die etwa 21.000 Tonnen TNT entsprach, verdampfte Gesteins- und Metallstützstrukturen im Zentrum der Explosion und hüllte eine große Menge umgebenden Sand ein, wodurch ein heftiger „Atomsturm“ entstand. Unter den extremen Bedingungen hoher Temperaturen und Zehntausenden atmosphärischem Druck verschmolzen dieser geschmolzene Sand, Ton, Metalle in der 30 Meter hohen Stahlkonstruktion des Testturms und eine große Anzahl von Kupferkabeln in einem Augenblick und kühlten schnell ab, wodurch schließlich eine glasartige Substanz namens „Trinitit“ entstand.
Ähnlich wie bei Kryptonite in den Comics gibt es verschiedene „Versionen“ von Trinity Glass: Die übliche ist grünes Glas, während ein rotes Glas mit einem höheren Kupferanteil einzigartig ist, da mehr Metall aus Kupferkabeln und -halterungen eingearbeitet ist. Das Glas wurde einst als Souvenir von Besuchern von Atomteststandorten gesammelt und ist heute eine wertvolle Probe für die Untersuchung einzigartiger chemischer Reaktionen unter extremen Bedingungen.
Bereits 2021 entdeckte ein Team um Luca Bindi, einen Geologen an der Universität Florenz in Italien, eine neue ikosaedrische Quasikristallstruktur in einer roten Trinity-Glasprobe, die Aufmerksamkeit erregte. In der neuesten Forschung nutzte Bindis Team Röntgenbeugung und Elektronensondentechnologien, um eine detaillierte Analyse winziger Tröpfchen aus kupferreichem rotem Trinity-Glas durchzuführen. Als Ergebnis wurde ein brandneues kristallines Material in der Gegend in der Nähe der zuvor entdeckten Quasikristalle identifiziert.
Das Forschungsteam schrieb im neuesten Bericht: „Wir berichten über die Bildung eines bisher unbekannten [Kalzium-Kupfer-Silizium]-Typ-I-Clathratkristalls während des Trinity-Atomtests. Dies ist das erste Mal, dass die Existenz einer Clathratstruktur im festen Produkt einer Kernexplosion kristallographisch bestätigt wurde.“ Clathrate sind in der Natur weit verbreitet und zeichnen sich durch eine käfigartige Struktur im Kristallgitter aus, die andere Atome oder Moleküle „einfangen“ kann. Obwohl sich seine strukturelle Anordnung von der unregelmäßiger Quasikristalle unterscheidet, sind die Elementzusammensetzungen der beiden im Trinity-Glas ähnlich, was die Forscher auch dazu veranlasste, darüber nachzudenken, ob zwischen den beiden eine tiefere strukturelle Beziehung besteht.
Das Forscherteam wies darauf hin, dass sowohl Clathrate als auch Quasikristalle aus Elementen bestehen, die üblicherweise in Wüstensand und Metalltesttürmen vorkommen, und daher gefolgert werden kann, dass beide bei nuklearen Explosionen entstanden sind. Berechnungsmodelle auf Basis der Probenzusammensetzung zeigen jedoch, dass diese Clathratstruktur unter normalen Bedingungen nur dann stabil existieren kann, wenn der Kupfergehalt etwa 10 % beträgt, während der tatsächliche Kupfergehalt im Trinity-Glas 21 % erreicht. Das bedeutet, dass dieser „käfigartige“ Kristall innerhalb kürzester Zeit augenblicklich entstehen muss, wenn Temperatur und Druck stark ansteigen und dann schnell wieder abfallen, als wären sie im Augenblicksfenster des „Blinzelns“ einer nuklearen Explosion „eingefroren“.
Die Studie wies auch darauf hin, dass dieser Befund die Möglichkeit ausschließt, ein einfaches „Clathrat-Gerüst“ zur Erklärung der trinitätsnahen Quasikristallstruktur zu verwenden, und betonte, dass die unter extremen Bedingungen erzeugten siliziumreichen Phasen unabhängige und unterschiedliche Strukturmerkmale aufweisen. Wissenschaftler sagen, dass solche extremen Umgebungen äußerst selten sind, und sie hoffen, dass der Mensch sie nicht mehr durch nukleare Explosionen in der Realität nachbilden kann. Daher sind die beim Trinity-Test zurückgebliebenen Glassteine zu einer einzigartigen natürlichen experimentellen Aufzeichnung dieser „Schöpfung im Moment der Zerstörung“ geworden. Relevante Forschungsergebnisse wurden in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht und bieten den Menschen eine neue Perspektive, um die Entwicklung der Materialmorphologie und Kristallstruktur unter extremen Bedingungen zu verstehen.