Schallgeschwindigkeitsmessungen in Seewasser bei hohen Drücken

Globale und lokale Klimaveränderungen sind für den Menschen wegen gravierender
und langfristiger Folgen von enormer Bedeutung. Um sie vorherzusagen, werden
aufwendige Simulationsrechnungen mit Computermodellen des Klimasystems der
Erde durchgeführt. Für verlässliche Vorhersagen ist die exakte Modellierung der
wesentlichen Teile des Klimasystems und ihrer Wechselwirkungen essentiell. Die
Eigenschaften seiner Teile, wie die der Atmosphäre oder des Weltmeers, sind bedeutsame
Parameter der Simulationen und haben starken Einfluss auf deren Ergebnisse.
Übergeordnetes Ziel dieser Arbeit ist es, präzisere Klimavorhersagen durch die
verbesserte Kenntnis der Stoffeigenschaften von Seewasser zu ermöglichen. Zu diesem
Zweck ist die Schallgeschwindigkeit in Seewasser experimentell in ozeanographisch
relevanten Bereichen ermittelt worden. Die Schallgeschwindigkeit ist gewählt worden,
weil es sich um eine Stoffeigenschaft handelt, die direkt und präzise messbar ist und
die zudem genaue Rückschlüsse auf weitere Stoffeigenschaften gestattet.
Für die Schallgeschwindigkeitsmessungen in Seewasser bei hohen Drücken ist, vom
Stand der Technik ausgehend, ein hochpräziser Messplatz konzipiert, ausgelegt und
konstruiert worden. Analysen etablierter Schallgeschwindigkeitssensoren haben zur
Entwicklung von innovativen, noch genaueren Sensoren geführt. Für diese sind Signalerzeugung,
-erfassung, und -aufbereitung optimiert, bewährte Auswerteverfahren
weiterentwickelt sowie Simulationsrechnungen zur Schallausbreitung und -beugung
durchgeführt worden, um die höchstmögliche Messgenauigkeit zu erreichen.
Nach umfassender und erfolgreicher Validierung von Messplatz und Sensoren ist es
gelungen, eine Vielzahl von Referenzdaten für die Schallgeschwindigkeit in Wasser,
in Schwerem Wasser und in Seewasser mit weltweit kleinsten Messunsicherheiten zu
bestimmen. Die Daten sind bei Temperaturen von 273K bis 323K und Drücken von
maximal 60MPa erfasst worden. Wie beabsichtigt, bilden sie die Grundlage zur Verbesserung
von thermodynamischen Zustandsgleichungen und damit zur Präzisierung
von Klimasimulationen.