Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Rechenkraft enträtselt das Wasser

04.02.2004


So alltäglich es erscheint, so rätselhaft ist es immer noch: Gewöhnliches Wasser und seine Eigenschaften unter verschiedenen Bedingungen beschäftigen Forscher weltweit. Einer, der seit langem mit theoretischen Berechnungen dem Wasser auf der Spur ist, ist Prof. Dr. Dominik Marx (Lehrstuhl für Theoretische Chemie der Ruhr-Universität). Ihm wird eine besondere Ehre zuteil: In der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science kommentiert er als Experte die Arbeit von Kollegen. In den USA gelang mit einem Großrechner, der etwa zehnmal so viel Rechenkraft besitzt wie die bisher dafür eingesetzten, ein Quantensprung in der Berechnung der Oberflächenstruktur von Wasser.



Mechanismen der Umweltverschmutzung verstehen



Die Hauptfrage der Forscher war, wie genau eine Wasseroberfläche, etwa die eines Wassertropfens, auf der atomaren Skala betrachtet strukturiert ist. Oder mit anderen Worten: Wie ordnen sich die Wassermoleküle im Grenzgebiet zwischen Oberfläche und Gasphase bevorzugt an? Kenntnisse darüber geben z. B. Aufschluss darüber, warum Schadstoffe in der Luft in winzigen Wassertröpfchen plötzlich katalytisch aktiv werden, diese also zu "Nano-Laboratorien" werden. Ausschlaggebend dafür ist die atomare Beschaffenheit der Wasseroberfläche, über die es bislang in der Wissenschaft verschiedene Ansichten gab. "Die Kollegen haben in punkto Rechenleistung ein wahres ’Riesenproblem’ gelöst", so Prof. Marx, der dieselbe Simulationsmethode (ab initio Car-Parrinello-Simulation) auch in Bochum anwendet und v.a. technisch weiterentwickelt. Etwa 1500 Prozessoren standen den US-Forschern zur Verfügung. Zum Vergleich. Der Großrechner der Bochumer Chemiker, der zu den größten und schnellsten seiner Art in Deutschland gehört, hat "nur" ca. 150 Prozessoren. "Die Studie zeigt uns auch, dass große Investitionen z. B. in die Rechenkraft nötig sind, um zur Weltspitze zu gehören", so der international renommierte Experte mit Seitenblick auf die Elite-Uni-Diskussion.

Studie beweist, was heute alles machbar ist

Die neuen Berechnungen klärten die strittige Oberflächenstruktur des Wassers nun auf. "Diese Erkenntnisse werden mit Sicherheit neue Experimente stimulieren", erläutert Prof. Marx, "Simulation und Experiment befruchten sich immer gegenseitig." Er betrachtet die US-Studie auch als Machbarkeitsstudie, die zeigt, was mit Hilfe der theoretischen Simulationen tatsächlich möglich ist, falls die Voraussetzungen stimmen.

Von Eis zu Biomolekülen

Die Simulationen am Lehrstuhl für Theoretische Chemie der RUB haben die Forscher schon auf so manche heiße Spur gebracht. Zusammen mit Experimentalkollegen klären die Forscher im "virtuellen Labor" auf, wie verschiedene "Sorten" von Eis molekular aufgebaut sind, wie kleine Proteine sich in flüssigem Wasser verhalten, oder wie biomolekulare Wasserkanäle funktionieren. Am Computer können sie Wassermoleküle unter verschiedenen Bedingungen zerfallen oder miteinander reagieren lassen und sich die Abläufe auf dem Bildschirm wie einen Film ansehen. Informationen und Animationen zu den vielfältigen Arbeiten der Bochumer Theoretiker finden sich in der Mediathek: http://www.theochem.rub.de.

Titelaufnahme

Dominik Marx: Throwing Tetrahedral Dice. In: Science, Vol. 303, S. 634 - 636 (2004)

Weitere Informationen

Prof. Dr. Dominik Marx, Lehrstuhl für Theoretische Chemie, Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-28083, Fax: 0234/32-14045, Internet: http://www.theochem.rub.de, E-Mail: dominik.marx@theochem.rub.de

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.theochem.rub.de

Weitere Berichte zu: Großrechner Rechenkraft Science Simulation

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Genetische Vielfalt schützt vor Krankheiten
23.05.2018 | Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

nachricht Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt
22.05.2018 | Technische Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Im Focus: Faserlaser mit einstellbarer Wellenlänge

Faserlaser sind ein effizientes und robustes Werkzeug zum Schweißen und Schneiden von Metallen beispielsweise in der Automobilindustrie. Systeme bei denen die Wellenlänge des Laserlichts flexibel einstellbar ist, sind für spektroskopische Anwendungen und die Medizintechnik interessant. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben, im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „FlexTune“, ein neues Abstimmkonzept realisiert, das erstmals verschiedene Emissionswellenlängen voneinander unabhängig und zeitlich synchron erzeugt.

Faserlaser bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lasern eine höhere Strahlqualität und Energieeffizienz. Integriert in einen vollständig faserbasierten...

Im Focus: LZH zeigt Lasermaterialbearbeitung von morgen auf der LASYS 2018

Auf der LASYS 2018 zeigt das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) vom 5. bis zum 7. Juni Prozesse für die Lasermaterialbearbeitung von morgen in Halle 4 an Stand 4E75. Mit gesprengten Bombenhüllen präsentiert das LZH in Stuttgart zudem erste Ergebnisse aus einem Forschungsprojekt zur zivilen Sicherheit.

Auf der diesjährigen LASYS stellt das LZH lichtbasierte Prozesse wie Schneiden, Schweißen, Abtragen und Strukturieren sowie die additive Fertigung für Metalle,...

Im Focus: Achema 2018: Neues Kamerasystem überwacht Destillation und hilft beim Energiesparen

Um chemische Gemische in ihre Einzelbestandteile aufzutrennen, ist in der Industrie die energieaufwendige Destillation gängig, etwa bei der Raffinerie von Rohöl. Forscher der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) entwickeln ein Kamerasystem, das diesen Prozess überwacht. Dabei misst es, ob es zu einer starken Tropfenbildung kommt, was sich negativ auf die Trennung der Komponenten auswirken kann. Die Technik könnte hier künftig automatisch gegensteuern, wenn sich Messwerte ändern. So ließe sich auch Energie einsparen. Auf der Prozesstechnik-Messe Achema in Frankfurt stellen sie die Technik vom 11. bis 15. Juni am Forschungsstand des Landes Rheinland-Pfalz (Halle 9.2, Stand A86a) vor.

Bei der Destillation werden Flüssigkeiten durch Verdampfen und darauffolgende Kondensation des Dampfes in ihre Bestandteile getrennt. Ein bekanntes Beispiel...

Im Focus: Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

Wie verleiht man Zellen neue Eigenschaften ohne ihren Stoffwechsel zu behindern? Ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München veränderte Säugetierzellen so, dass sie künstliche Kompartimente bildeten, in denen räumlich abgesondert Reaktionen ablaufen konnten. Diese machten die Zellen tief im Gewebe sichtbar und mittels magnetischer Felder manipulierbar.

Prof. Gil Westmeyer, Professor für Molekulare Bildgebung an der TUM und Leiter einer Forschungsgruppe am Helmholtz Zentrum München, und sein Team haben dies...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rotierende Rugbybälle unter den massereichsten Galaxien

23.05.2018 | Physik Astronomie

Invasive Quallen: Strömungen als Ausbreitungsmotor

23.05.2018 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Matrix-Theorie als Ursprung von Raumzeit und Kosmologie

23.05.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics