Datum12.05.2026 15:43

Quellewww.spiegel.de

TLDRForscher haben in Proben des 1945er Trinity-Atombombentests eine bisher unbekannte Kristallstruktur entdeckt. Dieses Material, ein Clathrat aus Silizium mit Calcium, Eisen und Kupfer, konnte sich nur unter den extremen Bedingungen der Explosion bilden. Obwohl es ursprünglich zur Erklärung eines zuvor entdeckten Quasikristalls analysiert wurde, stellte sich heraus, dass die beiden Strukturen nicht miteinander verwandt sind. Die Entdeckung zeigt, dass extreme Naturereignisse einzigartige Atomkonfigurationen hervorbringen können.

InhaltDie extremen Temperaturen bei der Zündung der ersten Atombombe im Juli 1945 ließen Wüstensand zu Glas schmelzen. In einer Probe haben Forschende jetzt ein Material nachgewiesen, das bislang unbekannt war. Sie habe die Hitze auf ihrem Gesicht gespürt, die Helligkeit sei überwältigend gewesen. Sie habe sich gefühlt wie auf dem Grund eines Ozeans aus Licht, von allen Seiten umspült. So beschrieb Joan Hinton den Moment, als in der Chihuahua-Wüste im US-Bundesstaat New Mexico die erste Atombombe der Geschichte gezündet wurde. Still sei die pilzförmige Wolke in den Himmel aufgestiegen, unten dunkel und rot, oben von der Sonne beschienen. Erst viel später habe sie den Lärm der Explosion gehört. Es war der Morgen des 16. Juli 1945, um 5.29 Uhr Ortszeit. Die Physikerin, die als eine der wenigen Frauen beim Manhattan-Projekt in Los Alamos an der Entwicklung der Waffe mitgearbeitet hatte, sollte beim sogenannten "Trinity"-Test gar nicht vor Ort sein. Doch Hinton hatte sich mit einem Freund auf dessen Motorrad in die Nähe des Testgeländes bei Alamogordo geschlichen, um zu sehen, was dort passierte. So schilderte sie es später in verschiedenen Berichten. Auf einem rund 30 Meter hohen Stahlgittermast ließ ihr Kollege und Chefwissenschaftler Robert Oppenheimer eine Plutoniumbombe zünden. Sie war vom gleichen Typ, wie sie knapp vier Wochen später ein amerikanischer B-29-Bomber über der japanischen Stadt Nagasaki abwerfen würde. Die Wissenschaftler waren etwa zehn Kilometer vom Ort der Detonation entfernt. Sie trugen teils Schweißerbrillen zum Schutz vor dem Blitz. Der Test in der dünn besiedelten Gegend verlief erfolgreich, die Menschheit war im Zeitalter der Atomwaffen angekommen. Die Bombe hatte eine Sprengkraft von etwa 20.000 Tonnen konventionellem Sprengstoff. Am Boden hinterließ sie einen mindestens anderthalb Meter tiefen Krater mit einem Durchmesser von 80 Metern. Noch Hunderte Meter entfernt vom Zentrum der Explosion schmolz die Hitze den Wüstensand. Zurück blieben Hunderte Kilogramm von einem Material, das die Welt zuvor nicht kannte: ein oft grünliches, manchmal aber auch rotes Glas. Es erhielt später den Namen Trinitit und ist schwach radioaktiv, bei kurzem Kontakt aber ungefährlich. Für Besucher des Atomtestgeländes war Trinitit über viele Jahre ein beliebtes Souvenir. Inzwischen ist es verboten, etwas davon mitzunehmen. Doch Wissenschaftler arbeiten bis heute mit den Proben. Ein Team um den Mineralogen Luca Bindi von der Universität im italienischen Florenz berichtet nun von einer neuen Entdeckung. Es geht um einen in dieser Form bisher unbekannten Einschluss im radioaktiven Glas. Die Forscher sprechen von einem Clathrat mit einer speziellen Kristallstruktur aus Silizium mit Calcium, Eisen und Kupfer, die unter normalen Bedingungen nicht stabil ist und sich nur unter extremen, kurzlebigen Druck- und Temperaturbedingungen bilden konnte. Extremereignisse wie das Zünden der Bombe wirkten wie Laborversuche in der Natur, schreibt Bindi dem SPIEGEL. Sie offenbarten seltene Anordnungen von Atomen, die sonst nicht zugänglich seien. Der Fund wurde im Fachmagazin "PNAS"  veröffentlicht. Die analysierte Probe sei vom Meteoritenexperten Lincoln LaPaz Ende 1945 nördlich des Explosionsorts eingesammelt worden, berichtet Bindi, und wegen ihres relativ hohen Kupfergehalts interessant. Das Kupfer stammt aus der Infrastruktur des Testgeländes, neben dem Stahlgittermast verdampften auch Kabel bei der Explosion. Frühere Arbeiten legten nahe, so Bindi, dass es gerade in rotem Trinitit zahlreiche Metalltröpfchen aus verschiedensten Bestandteilen geben könne. Als diese Materialien nach der Explosion schlagartig abgekühlt seien, hätten sie sich nicht gemischt, sondern blieben voneinander getrennt. Die Probe ist deshalb chemisch sehr uneinheitlich, das weiß man bereits: An einer Stelle findet sich etwa Kupfer, wenige Mikrometer weiter Eisen, dann eine Legierung aus Kupfer, Blei und Eisen. Der nun entdeckte Einschluss misst an seiner längsten Seite etwa zwölf Mikrometer, ist also mindestens viermal dünner als ein menschliches Haar und auf einzigartige Weise zusammengesetzt: Er ist reich an Silizium und enthält außerdem eine Kombination aus Calcium, Kupfer und Eisen, die es in dieser Form bislang in keinem bekannten Kristall gibt. Die Siliziumatome sind in einem Netzwerk miteinander verbunden, das zwei Arten von Käfigen bildet, einen kleineren und einen größeren. Darin sitzen Calcium-Atome, teilweise ersetzt durch Kupfer und Eisen. Man kann sich das vorstellen wie ein Gerüst aus miteinander verbundenen Siliziumatomen, ähnlich einem Fachwerk, das einen Hohlraum einschließt, in dem einzelne Calcium-Atome sitzen wie der Kern in einer Kirsche. Unter normalen Bedingungen wäre das Clathrat nicht stabil, es würde einfach auseinanderfallen. Das erklärt, warum es bisher nicht im Labor beobachtet wurde und sich wohl nur bei dem Atombombentest bilden konnte. Die Probe hat den Moment konserviert, in dem Menschen die erste Kernwaffe zündeten. Es ging den Forschern in ihrer Studie aber noch um etwas anderes als die Struktur des Clathrats: 2021 hatten sie in rotem Trinitit einen sogenannten Quasikristall  entdeckt. Diese Kristallstruktur dürfte nach den Regeln der klassischen Kristallografie nicht existieren. Sie ist geordnet wie ein Kristall, aber ohne das regelmäßige Wiederholungsmuster, das Kristalle normalerweise ausmacht. In einem normalen Kristall sind die Atome in gleichmäßiger Reihenfolge immer wieder identisch angeordnet, wie Kacheln, die eine Fläche lückenlos bedecken. Ein Quasikristall ist ebenfalls geordnet, aber das Muster wiederholt sich nie exakt. Es bleiben irgendwann Lücken. Solche Strukturen gelten als eine der seltsamsten Erscheinungsformen fester Materie. Natürliche Quasikristalle sind außergewöhnlich selten. Die einzigen gesicherten Vorkommen vor dem Trinity-Fund stammen aus einem Meteoriten , weil auch Einschläge aus dem All die extremen Bedingungen erzeugen können, unter denen solche Strukturen entstehen und erhalten bleiben. Michael Engel, Universität Erlangen-Nürnberg Im Labor können Quasikristalle künstlich hergestellt werden, doch bis heute ist es niemandem gelungen, den Trinity-Quasikristall im Labor nachzubauen. Seine innere Struktur ist unbekannt. Die Forschenden hofften, dass sie das Geheimnis des Quasikristalls mithilfe des neu entdeckten Clathrats lüften könnten. "Die Zusammensetzungen von Clathrat und Quasikristall sind sehr ähnlich", schreibt Bindi in seiner Mail. Beide Verbindungen entstanden im selben Ereignis aus ähnlichen Elementen. Doch Computerberechnungen zerschlugen die Hoffnung: Die beiden Materialien sind keine Verwandten. Das Rätsel bleibt ungelöst. "Das einzig Spezielle an diesem Artikel ist die Herkunft der untersuchten Probe", schreibt Walter Steurer, emeritierter Professor für Kristallografie an der ETH Zürich, dem SPIEGEL. Sein Kollege Michael Engel, Experte für die computergestützte Modellierung von Kristallstrukturen an der Universität Erlangen-Nürnberg, sieht das anders. Die Erkenntnisse der Forscher zeigten, dass die Natur unter Extrembedingungen Strukturen hervorbringen könne, die im Labor kaum auftauchten, so Engel. "Auch in der Wissenschaft spielen Hintergründe und eine gute Geschichte manchmal eine Rolle." Steurer und Engel waren nicht an der Studie beteiligt. Joan Hinton, die Kernphysikerin aus Los Alamos, wurde nach ihrer Mitarbeit an der Atombombe und den Angriffen der Amerikaner auf Hiroshima und Nagasaki zur Friedensaktivistin. Sie siedelte nach China über. Zuvor schickte sie noch kleine Gläser an die Bürgermeister der wichtigsten amerikanischen Städte – mit einem Zettel und der Frage, ob sie wollten, dass ihre Städte dasselbe Schicksal ereilte wie die Wüste von New Mexico. Die Gläschen enthielten: Trinitit.