Promotionsvortrag von Mirko Elbers

Wasser ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für Leben auf diesem Planeten. Darüber hinaus ist es aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften von großer Bedeutung für verschiedene Prozesse in der Physik, Biologie und Chemie. Die faszinierenden Eigenschaften und Anomalien sind nicht auf flüssiges Wasser bei Normalbedingungen beschränkt. So ist unter Druck stehendes Wasser bei hohen Temperaturen, sogenanntes hydrothermales Wasser, essenziell für Wärme- und Stofftransportprozesse im oberen Erdmantel und hat einen erheblichen Einfluss auf geochemische Prozesse. So ist hydrothermales Wasser aufgrund seiner einzigartigen Lösungseigenschaften an der Bildung von Erzlagerstätten beteiligt. Der Transport von Metallen erfordert zusätzlich gelöste Salze, welche einen metallhaltigen Komplex bilden können. In diesem Zusammenhang ist NaCl eines der am häufigsten vorkommenden gelösten Salzen in natürlichen hydrothermalen Fluiden. Flüssiges Wasser ist ebenfalls von großer Bedeutung, wenn es hohen Drücken bei Temperaturen deutlich unter 100 °C ausgesetzt ist. Unter diesen Bedingungen bietet es z. B. in der Tiefsee Lebensraum für marines Leben oder wird in industriellen Prozessen eingesetzt. Des Weiteren können durch Veränderung des ausgeübten Drucks strukturelle Veränderungen der Wasserstruktur kontrolliert herbeigeführt werden. Dies bietet die Möglichkeit verschiedene vorgeschlagene Modelle für flüssiges Wasser zu testen. Diese einzigartigen Eigenschaften von Wasser stehen im direkten Zusammenhang mit der internen Struktur des Wasserstoffbrückenbindungsnetzwerks, dessen genauer Aufbau noch immer Gegenstand von Diskussionen ist. Daher konzentriert sich diese Arbeit auf die Untersuchung der lokalen mikroskopischen Struktur von Wasser und wässriger Natriumchloridlösung unter extremen thermodynamischen Bedingungen. Dazu wird vor allem die Röntgen-Raman-Spektroskopie genutzt, eine experimentelle Methode zur Untersuchung von Absorptionskanten. Die Korrelation des Sauerstoff-K-Kanten-Spektrums von Wasser mit der Anordnung der Wassermoleküle wird verwendet und mit Spektralberechnungen auf Basis verschiedener Strukturmodelle kombiniert, um die Veränderungen im Wassernetzwerk über einen weiten Temperatur- und Druckbereich zu ermitteln. Auf diese Weise wird der genaue Einfluss der Natriumchlorid-Ionen auf die Wasserstruktur bei hydrothermalen Bedingungen nachgewiesen, ebenso wie die mikroskopischen Strukturänderungen um die Anomalie bei 3 kbar.