Schallgeschwindigkeitsmessungen in Seewasser bei hohen Drücken von Felix Nils Fehres

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.