Überkritischer Zustand: Wenn Wasser zum aggressiven Lösungsmittel wird

17. März 2013, 16:48
16 Postings

Forscher widmeten sich den Eigenschaften, die Wasser unter Bedingungen wie im Erdinneren annimmt

Potsdam - Wasser ist auf der Erde zwar in allen drei klassischen Aggregatzuständen in großen Mengen vertreten. Und doch kannten wir damit lange Zeit nur einen Ausschnitt aus seiner Bandbreite an Eigenschaften. Ein Zustand, der erst im 19. Jahrhundert entdeckt wurde und mittlerweile für eine Reihe technischer Anwendungen genutzt wird, ist das sogenannte "überkritische Wasser": Ein Zustand, den Wasser unter hohen Temperatur- und Druckbedingungen annimmt und der weder eindeutig flüssig noch gasförmig ist.

Eine internationale Forschergruppe veröffentlichte in der neuen Ausgabe der "Proceedings of the National Academy of Science" (PNAS) ihre Erkenntnisse zu überkritischem Wasser in Zusammenhang mit Vorgängen im Erdinneren. Bei Drücken über 22 Megapascal und Temperaturen über 374° Celsius, jenseits des sogenannten "kritischen Punktes", wird Wasser zu einem sehr aggressiven Lösungsmittel. Diese Eigenschaft wird heute zur Zersetzung von Problemstoffen wie etwa Elektroschrott eingesetzt.

"Ohne Wasser im Erdinneren gäbe es keine Tektonik"

Sie ist aber auch entscheidend für die Physikochemie des Erdmantels und der Erdkruste, wie das Deutsche GeoForschungsZentrum (GFZ) berichtet. "Ohne Wasser im Erdinneren gäbe es keine Stoffkreisläufe und keine Tektonik. Aber wie das Wasser im oberen Erdmantel und in der Erdkruste wirkt, ist immer noch Gegenstand intensiver Forschung", sagt Max Wilke vom GFZ.

Für ihre Studie untersuchten die Forscher im Labor die mikroskopische Struktur von Wasser in Abhängigkeit von Druck und Temperatur mithilfe von Röntgen-Raman-Streuung. Sehr kleine Wasserproben wurden eingeschlossen, aufgeheizt und auf immer höhere Drücke gebracht. "Die Studie zeigt, dass die Struktur des Wassers sich kontinuierlich von einer geordneten vernetzten Struktur zu einer ungeordneten, gering vernetzten Struktur bei überkritischen Bedingungen entwickelt", erläutert Wilke.

Die Forschungen sollen eine Grundlage zum Verständnis von chemischen Verteilungsprozessen in den metamorphen und magmatischen Prozessen des Erdinneren liefern. Die Forscher gehen davon aus, dass die besonderen Eigenschaften von überkritischem Wasser auch das Verhalten von Magma steuern. (red, derStandard.at, 17. 3. 2013)

 

Share if you care.