Der aus atomarem Feuer entstandene Kristall: Das geheimnisvolle Material aus Hiroshima

Am Morgen des 6. August 1945, als sich die Weltgeschichte für immer veränderte, setzte die Detonation der Atombombe Little Boy über Hiroshima eine Energie frei, die etwa 15 Kilotonnen TNT entsprach. Innerhalb von Sekunden stieg die Temperatur im Inneren des Feuerballs auf mehrere tausend Grad an und verdampfte Gebäude, Fahrzeuge, Stahl, Beton, Glas, Erde und sogar einen Teil des Oberflächenwassers.

Die Explosion führte zu einer beispiellosen menschlichen Tragödie, bei der zwischen dem Zeitpunkt der Detonation und den darauf folgenden Monaten rund 140.000 Menschen ums Leben kamen. Außerdem löste sie ein außergewöhnliches physikalisches Phänomen aus, dessen Auswirkungen Wissenschaftler bis heute in Erstaunen versetzen.

Mehr als acht Jahrzehnte später hat ein internationales Forscherteam in winzigen Materialpartikeln aus Hiroshima eine bislang unbekannte Kristallstruktur und eine Metalllegierung identifiziert. Die in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlichte Entdeckung zeigt, dass die durch eine Atomexplosion erzeugten extremen Bedingungen völlig neue Materialien hervorbringen können, die sich durch normale geologische Prozesse nicht bilden lassen.

Die Einwohner von Hiroshima: Das mikroskopische Vermächtnis der Zerstörung

Die Entdeckung geht auf winzige glasartige Partikel zurück, die als „Hiroshimaiten“ bekannt sind. Diese mikroskopisch kleinen Fragmente wurden erstmals 2019 im Sand der Bucht von Hiroshima, mehrere Kilometer südlich des Explosionsherdes, identifiziert. Jahrelang blieben sie zwischen gewöhnlichen Sandkörnern unbemerkt, bis detaillierte Analysen ergaben, dass es sich nicht um natürliche Mineralien handelte, sondern um verdichtete Überreste der riesigen Wolke aus verdampftem Material, die durch die Atombombe entstanden war.

Die Partikel weisen eine bemerkenswerte Vielfalt an Formen auf. Einige sind kugelförmig, während andere länglich sind oder wie Tröpfchen aussehen, die fast augenblicklich erstarrt sind. Ebenso außergewöhnlich ist ihre Zusammensetzung: Sie bestehen aus komplexen Gemischen aus Glas, Mineralien und Metallen, die aus der zerstörten Stadt stammen.

Forscher gehen davon aus, dass sie ein einzigartiges Fossilienbild der Sekunden unmittelbar nach der Explosion bewahren, als die Materie gleichzeitig extremen Temperaturen, enormem Druck und einer nahezu augenblicklichen Abkühlung ausgesetzt war.

Eine völlig neue Legierung

Im Rahmen der neuen Studie wurden 34 Proben aus Hiroshima mit hochauflösenden Elektronenmikroskopen und Röntgendiffraktometern untersucht – Geräten, mit denen Wissenschaftler die innere Struktur kristalliner Materialien untersuchen können.

Unter Tausenden mikroskopisch kleiner Metallkörnchen stach eines besonders hervor. Es enthielt Eisen, Chrom, Nickel, Mangan, Molybdän, Silizium und Aluminium. Was es jedoch so bemerkenswert machte, war nicht nur seine Zusammensetzung, sondern auch die Anordnung seiner Atome. Wissenschaftler stellten fest, dass seine Kristallstruktur mit keinem bekannten Material übereinstimmte, weder in der Natur noch in der industriellen Produktion.

Mit anderen Worten: Durch die Explosion war eine völlig neue Legierung entstanden, die unter physikalischen Bedingungen gebildet wurde, die sich durch herkömmliche geologische Prozesse nicht nachbilden lassen. Den Forschern zufolge zeigt diese Entdeckung, dass auch extreme, vom Menschen verursachte Ereignisse völlig neue Mineralien und Materialien hervorbringen können, wodurch sich das Spektrum der bekannten Kristallstrukturen erweitert.

Teilchen, die aus einer Atomwolke entstehen

Der Schlüssel liegt in der Geschwindigkeit des Vorgangs. Als die Bombe in etwa 600 Metern Höhe über dem Boden explodierte, verdampfte der gewaltige Feuerball fast alles, was sich in seinem Weg befand. Für einen kurzen Moment verwandelten sich ganze Gebäude, Metalle, Beton, Glas und Erde in eine Wolke aus Atomen und Molekülen bei Temperaturen von über 6.000 °C.

Darauf folgte eine außerordentlich schnelle Abkühlung. Während sich die Wolke ausdehnte, begannen metallische Dämpfe innerhalb weniger Sekunden zu kondensieren. Diese ultraschnelle Abkühlung „fror“ die Atome praktisch ein, bevor sie Zeit hatten, sich zu herkömmlichen Kristallstrukturen neu anzuordnen. Infolgedessen wurden sie in einer völlig anderen atomaren Konfiguration festgehalten, die sich von allem bisher Bekannten unterschied.

Die Forscher vergleichen den Prozess mit dem extremen Abschrecken, das bei einigen industriellen Werkstoffen zum Einsatz kommt, wobei dort jedoch weitaus höhere Drücke, Temperaturen und Abkühlgeschwindigkeiten herrschen.

Ein Material, das seinesgleichen sucht

Natürliche Prozesse wie Vulkanausbrüche und große Meteoriteneinschläge können extrem hohe Temperaturen erzeugen. Allerdings gibt es nur sehr wenige Ereignisse, bei denen die großflächige Verdampfung einer städtischen Umgebung mit einer fast augenblicklichen Abkühlung einhergeht.

Daher stellen Hiroshimaites eine einzigartige Materialklasse dar, für die es kein bekanntes natürliches Äquivalent gibt. Frühere Studien hatten bereits gezeigt, dass diese glasartigen Partikel durch direkte Kondensation innerhalb der Kernwolke entstanden sind. Sie weisen zudem Isotopensignaturen auf – atomare „Fingerabdrücke“, die Aufschluss über ihre Herkunft und die Prozesse geben, denen sie unterzogen wurden –, die mit denen vergleichbar sind, die in primitiven Meteoriten, den sogenannten Chondriten, den ältesten festen Materialien im Sonnensystem, gefunden werden.

Diese bemerkenswerte Ähnlichkeit hat die mikroskopisch kleinen Partikel aus Hiroshima zu einem unerwarteten Modell für die Erforschung von Prozessen gemacht, die vor mehr als 4,5 Milliarden Jahren während der Entstehung der Planeten abliefen.

Artikelreferenz

Bindi, L. et al. (2026). A new multicomponent alloy in Hiroshima fallout: Extreme anthropogenic conditions generate previously unknown crystalline materials. Science Advances.