Es gibt ein Maximum in der Beziehung zwischen Kompressibilität und Temperatur

Wissenschaftliche Erklärung

Während die isotherme Kompressibilität von Wasser zwischen 0 und 46,5 Grad Celsius ein Minimum durchläuft (Anomalie 28), zeigt sie in der entgegengesetzten Richtung — bei Unterkühlung weit unter den Gefrierpunkt — ein dramatisches Maximum. In der Nähe von minus 46 Grad Celsius (bei Atmosphärendruck) steigt die Kompressibilität steil an, als würde das Wasser plötzlich weich werden.

Dieses Maximum ist eng mit der Hypothese eines zweiten kritischen Punktes verknüpft. Nach dieser Theorie existieren unterhalb einer bestimmten Temperatur und eines bestimmten Drucks zwei verschiedene flüssige Phasen von Wasser: eine Variante mit niedriger Dichte (LDL) und eine mit hoher Dichte (HDL). Am kritischen Punkt zwischen diesen Phasen divergieren die Dichtefluktuationen — und damit auch die Kompressibilität.

Der experimentelle Nachweis ist schwierig, weil Wasser in diesem Bereich extrem leicht kristallisiert. Trotzdem zeigen sowohl Computersimulationen als auch ultraschnelle Experimente an Wassertröpfchen, dass die Kompressibilität tatsächlich ein scharfes Maximum erreicht, bevor sie bei noch tieferen Temperaturen wieder abfällt.

Alltagsrelevanz

Dieses Maximum ist nicht direkt im Alltag spürbar, denn die relevanten Temperaturen liegen weit unter dem Gefrierpunkt. Aber es erklärt indirekt viele der Anomalien, die wir bei alltäglichen Temperaturen beobachten: die Dichteanomalie, das Minimum der Kompressibilität und das ungewöhnliche Verhalten der Schallgeschwindigkeit. All diese Phänomene sind Auslaufer desselben fundamentalen Strukturkonflikts zwischen den zwei Formen flüssigen Wassers.