Erste Größenmessung von Eiskristallen gelungen Methaneis im Teilchenbeschleuniger - scinexx | Das Wissensmagazin
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Erste Größenmessung von Eiskristallen gelungen

Methaneis im Teilchenbeschleuniger

Anhand der Länge der hellen Striche kann die Größe der Kristalle in dem Methanhydrat ermittelt werden: ca. 0,6 Millimeter. Zehnmal größer als im Labor gezüchtete Kristalle. © MARUM_ Forschungszentrum Ozeanränder

Methaneiskristalle werden viel größer als bisher angenommen. Dies belegen Messungen von Forschern mit dem Teilchenbeschleuniger HASYLAB in Hamburg. Danach besitzen die natürlichen Kristalle einen Durchmesser von etwa 0,6 Millimeter während im Labor erzeugte Methaneisproben nur etwa 0,04 Millimeter groß sind. Dies deutet nach Angaben der Wissenschaftler auf Wachstum hin. Aus den neuen Erkenntnissen ergeben sich völlig neue Perspektiven, um den Zeitpunkt der Bildung von Methanhydraten zu datieren.

Für die Veröffentlichung dieser Ergebnisse in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters hat Stephan Klapp, Doktorand der Exzellenz-Graduiertenschule GLOMAR – Global Change in the Marine Realm an der Universität Bremen am 11. Januar 2008 den mit 1.000 Euro dotierten GLOMAR Preis 2007 erhalten. Er wird vergeben für die beste wissenschaftliche Veröffentlichung von GLOMAR-Doktoranden. Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

Ergebnisse überraschen Forscher

„Wir waren von den Ergebnissen völlig überrascht – anhand von im Labor erzeugten Kristallen dachten wir, das natürliche Kristalle viel kleiner sind“, so Klapp, der zusammen mit Göttinger Kollegen die Messungen durchgeführt hat. „Anscheinend verändern sich die Kristalle nach ihrer ersten Bildung noch und wachsen. Vielleicht ist es sogar möglich, dass die Größe etwas über das Alter von Methaneis verrät“, mutmaßt der Geologe.

Am Meeresboden lagern riesige Methanhydratvorkommen, die unsere Energiesorgen lösen und/oder unser Klima kippen lassen könnten. © MARUM_ Forschungszentrum Ozeanränder

Methaneis ist ein wichtiger Teil im globalen Kohlenstoffkreislauf. Die schieren Mengen, die im Meeresboden lagern, enthalten mehr Energie als alle Öl-, Kohle- und Gasvorräte der Welt zusammen. Gleichzeitig ist das in ihm enthaltene Methan 30-Mal klimaschädlicher als Kohlendioxid, wenn es in die Atmosphäre gelangt. Von daher ist es wichtig, dass wir so viel wie möglich über diesen Stoff erfahren. Dazu gehört auch die Kenntnis seiner Kristallstruktur. Denn dieses Wissen hilft, zu verstehen, wie sich Methaneis bildet, wie es wächst und welche Prozesse in seiner Umgebung ablaufen.

Tiefgekühlte Proben

Um die nur bei hohem Druck und niedrigen Temperaturen stabilen Kristalle zu messen, nutzte Klapp Synchrotronstrahlen, erzeugt durch den Teilchenbeschleuniger DORIS III des Hamburger Synchrotronstrahlungslabors HASYLAB. Damit das Methaneis nicht zu Wasser und Gas zerfällt, wurden die Proben auf unter minus 200 Grad Celsius abgekühlt.

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Das hieß aber auch, dass die Messstrahlen mehrere Zentimeter Metall – Isolierung und Probenbehälter – durchdringen mussten, um zur Probe zu gelangen und dann noch einmal denselben Weg bis zur Aufzeichnung auf der anderen Seite der Probe.

Hochenergetische Röntgenstrahlung verwendet

Die Magneten von DORIS III am Hamburger Synchrotronstrahlungslabors HASYLAB beschleunigen Elektronen bis knapp unter Lichtgeschwindigkeit./ © MARUM_ Forschungszentrum Ozeanränder

„Dazu brauchten wir extrem hochenergetische Röntgenstrahlung. Genau wie bei sichtbaren Licht hat auch Röntgenstrahlung ein breites Spektrum an Wellenlängen. Die Strahlung, die ein Arzt verwendet, ist im Vergleich zu der von uns benutzten energiearm und langwellig.“, erklärt Klapp. „Diese Strahlung entsteht, wenn Elektronen auf knapp unter Lichtgeschwindigkeit beschleunigen und dann um die Kurve des Beschleunigerringes fliegen. – Die Strahlung fliegt weiter geradeaus. Und genau an diesen Stellen positionieren wir unsere Probenbehälter“, erläutert der frischgebackene Preisträger weiter.

Die Strahlung durchdringt mühelos die Wand des Beschleunigers, den Probenbehälter samt Probe und wird auf der anderen Seite aufgezeichnet. Anhand der Länge der Streifen, das die Strahlung bei der Aufzeichnung hinterlässt, können die Wissenschaftler auf die Größe der Kristalle schließen.

(Kirsten Achenbach, MARUM_Forschungszentrum Ozeanraender Universitaet Bremen, 14.01.2008 – DLO)

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