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 Treibjagd in der Petrischale
24.11.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Dinner in the Dark – ein delikates Wechselspiel der Mikroorganismen
24.11.2017 | Universität Wien

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: Metamaterial mit Dreheffekt

Mit 3D-Druckern für den Mikrobereich ist es Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gelungen ein Metamaterial aus würfelförmigen Bausteinen zu schaffen, das auf Druckkräfte mit einer Rotation antwortet. Üblicherweise gelingt dies nur mit Hilfe einer Übersetzung wie zum Beispiel einer Kurbelwelle. Das ausgeklügelte Design aus Streben und Ringstrukturen, sowie die zu Grunde liegende Mathematik stellen die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Science vor.

„Übt man Kraft von oben auf einen Materialblock aus, dann deformiert sich dieser in unterschiedlicher Weise. Er kann sich ausbuchten, zusammenstauchen oder...

Im Focus: Proton-Rekord: Magnetisches Moment mit höchster Genauigkeit gemessen

Hochpräzise Messung des g-Faktors elf Mal genauer als bisher – Ergebnisse zeigen große Übereinstimmung zwischen Protonen und Antiprotonen

Das magnetische Moment eines einzelnen Protons ist unvorstellbar klein, aber es kann dennoch gemessen werden. Vor über zehn Jahren wurde für diese Messung der...

Im Focus: New proton record: Researchers measure magnetic moment with greatest possible precision

High-precision measurement of the g-factor eleven times more precise than before / Results indicate a strong similarity between protons and antiprotons

The magnetic moment of an individual proton is inconceivably small, but can still be quantified. The basis for undertaking this measurement was laid over ten...

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungen

Forschungsschwerpunkt „Smarte Systeme für Mensch und Maschine“ gegründet

24.11.2017 | Veranstaltungen

Schonender Hüftgelenkersatz bei jungen Patienten - Schlüssellochchirurgie und weniger Abrieb

24.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Maschinen über die eigene Handfläche steuern: Nachwuchspreis für Medieninformatik-Student

24.11.2017 | Förderungen Preise

Treibjagd in der Petrischale

24.11.2017 | Biowissenschaften Chemie