Als im Juli 1945 in der Jornada del Muerto genannten Wüste in New Mexico die erste aus Plutonium-239 hergestellte Atombombe in einem gigantischen Feuerball explodierte, begann nicht nur das Atomzeitalter. In der enormen Hitze der unkontrollierten Kernspaltung entstand auch ein völlig neues, in der Natur nicht vorkommendes Mineral. Es war das leicht radioaktive Trinitit, benannt nach „Trinity“, dem Decknamen für den Atomtest. Zunächst glaubten Mineralogen, es handele sich dabei lediglich um geschmolzenen, im Wesentlichen aus Quarz bestehenden Wüstensand. Doch bald entdeckten Forscher im Trinitit auch Spuren einer Reihe anderer Elemente. Nun hat eine internationale Forschergruppe im Fallout der über Hiroshima am 6. August 1945 detonierten Uran-Bombe eine bislang unbekannte Legierung aus mehreren Metallen entdeckt. Dieses exotische Material hat Eigenschaften, die es zu einem interessanten Objekt bei der Entwicklung neuer metallischer Werkstoffe machen könnten.Bei dem ersten Atomtest vor 81 Jahren explodierte die Plutonium-Bombe auf einem etwa 30 Meter hohen Stahlgerüst. Bei dieser oberirdischen Detonation entstand ein großer, flacher Krater. Weil es das Ziel dieses Atomversuches war, das Konzept einer von einer Implosion in Gang gesetzten explosiven Kettenreaktion zu überprüfen, interessierte sich zunächst niemand der am Manhattan-Projekt beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure für den grünlich und an manchen Stellen rötlich schimmernden harten Belag, der bei der Detonation an der Oberfläche des Explosionskraters entstanden war.Trinity-Mineral in weiteren BombentestsErst später stellte sich heraus, dass diese Schicht nicht nur aus geschmolzenem Quarzsand bestand. Vielmehr enthielt das Trinitit auch Spuren radioaktiver, bei der Kernspaltung entstandener Elemente. Es fanden sich darunter auch Eisenatome, die von den Resten des Stahlgerüstes stammten, sowie Kupferatome, die Überbleibsel der vielen bei dem Atomtest verwendeten Kabel waren. Sowohl der Stahl als auch das Kupfer waren in der Hitze der Explosion verdampft und dann zusammen mit den bei der Kernspaltung entstandenen Elementen und dem Quarz zu dem neuen Mineral verschmolzen. Das Kupfer gab dem Trinitit die rötliche Färbung.Roter Trinitit, der bei der Explosion der ersten Atombombe in New Mexico entstanden ist .Luca Bindi und Paul J. Steinhardt, PNASUnter den Detonationspunkten der vielen in den ersten zwei Jahrzehnten des Kalten Krieges unternommenen Kernwaffentests fanden sich häufig mit Trinitit verwandte Mineralien. So beispielsweise auf dem amerikanischen Versuchsgelände nördlich von Las Vegas in Nevada oder auf dem sowjetischen bei Semipalatinsk in der kasachischen Steppe.Exotisches Material erinnert an MeteoriteneinschlägeVöllig überrascht waren Geologen vor etwa zehn Jahren, als Mitarbeiter von der University of California in Berkeley auch in Sandproben, die man an Stränden in der Nähe der japanischen Stadt Hiroshima gesammelt hatte, unbekannte Mineralien entdeckte. Bei der Analyse fand der an Skeletten von Kieselalgen interessierte, in Berkeley arbeitende Geologe Mario Wannier Hunderte oft nur weniger als einen Millimeter große Glaskügelchen. Es zeigte sich, dass etwa 20 Promille des Sandes aus diesen bisher unbekannten Glasstrukturen bestanden.Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Glaskügelchens aus Hiroshima. In ihm haben Forscher eine neuartige Metalllegierung entdeckt.Science Advances, CC-by-nc 4.0Der ebenfalls in Berkeley forschende Mineraloge Hans-Rudolf Wenk entdeckte bei genaueren Untersuchungen mit dem Elektronenmikroskop, dass diese winzigen Kugeln sich aus vielerlei Elementen zusammensetzten. In vielen fanden sich Silicium, Calcium und Aluminium. Andere bestanden fast vollständig aus Eisen und Chrom, manche aus Kohlen- und Sauerstoff, und einige Kugeln enthielten sogar Spuren von Beton.Die zum Teil bizarren Formen dieser Strukturen erinnerten Wenk an den Fallout von Meteoriteneinschlägen, allerdings waren die Proben des Sandes von Hiroshima chemisch völlig anders zusammengesetzt. Weil Meteoriten mit hoher Geschwindigkeit auf den Erdboden treffen, verdampft bei dieser Kollision ein Teil des Boliden. Das Gas vermischt sich mit dem ebenfalls verdampften Staub, Sand und Gestein der Erdoberfläche zu einem sehr heißen Plasma. Bei dessen Abkühlung entstehen seltsame glasartige Strukturen, in denen sowohl Elemente des Meteoriten wie auch Elemente der Erdoberfläche enthalten sind. In ähnlicher Weise enthiet der Trinitit aus New Mexico sowohl Quarz des Wüstensands als auch radioaktive Elemente der Atombombenexplosion und atomisierte Reste des Metallgerüsts enthielt.Neuartige Legierung in Hiroshima-GlaskügelchenWeil die eigenartigen Glasstrukturen nur an den Stränden in der unmittelbaren Umgebung Hiroshimas, aber nirgendwo sonst an den Gestaden der japanischen Hauptinsel Honshu gefunden wurden, spekulierten Wannier und Wenk, dass diese Gläser in der Explosionswolke der Hiroshima-Bombe entstanden sein mussten. Als diese damals den Erdboden der japanischen Stadt erreichte, war das Plasma mindestens 3000 Grad heiß und ließ alle Gebäude in einem etwa zwei Kilometer großen Umkreis verdampfen. Beim Abkühlen vermengten sich die Bestandteile der Wolke zu glasartigem Material, das dann auf die Ruinen der Stadt und die umliegenden Gewässer herabregnete. Dort wurden es ein Teil des Sandes an den Stränden. Dieses Material samt der in ihnen enthaltenen Stoffe wurde als Mineral Hiroshimait bezeichnet.Im Laufe der Jahre wurden darin immer mehr neue Mineralien aufgespürt. Nun berichtet eine Forschergruppe um Luca Bindi von der Universität in Florenz, zu der auch Wannier und Wenk gehören, in der Zeitschrift „Science Advances“ von der Entdeckung einer bislang unbekannten Legierung. In einigen der im Strandsand gefundenen Glasstrukturen fanden die Forscher eine Legierung aus mindestens sechs Metallen. Sie enthält neben Silicium die Metalle Eisen, Chrom, Nickel, Magnesium, Aluminium und Molybdän, und das in einer molekularen Struktur, die in der Natur nicht existiert.Ähnliche Multi-Metall-Legierungen sind gegenwärtig Gegenstand intensiver Forschung in der Werkstoffkunde. Man erhofft sich von ihnen eine höhere Beständigkeit gegen Abrieb und Korrosion, eine große Biegefähigkeit, ohne dass es zu Sprödbrüchen kommt, sowie eine höhere Temperaturfestigkeit als bei den bekannten Werkstoffen. Allerdings sind solche komplexen Legierungen schwierig und aufwendig herzustellen. Untersuchungen der bei der Detonation in Hiroshima entstandenen Legierungen könnten ein neues Licht auf diese Strukturen werfen.