Wasser ist allgegenwärtig – und zugleich eine der verblüffendsten chemischen Verbindungen: Es dehnt sich aus, wenn man es abkühlt, lässt sich quasi nicht zusammendrücken, hat eine ungewöhnlich hohe Wärmespeicherkapazität und unter bestimmten Umständen gefriert es, wenn man es erwärmt. Wasser ist das Element des Lebens, viele seiner überraschenden Eigenschaften sind essenziell für Leben, wie wir es kennen. Das vergleichsweise simple Molekül überrascht die Wissenschaft trotz jahrhundertelanger Forschung immer wieder. Zahlreiche seiner Eigenheiten sind längst noch nicht verstanden. Bei DESY treffen sich in dieser Woche fast 200 Forscherinnen und Forscher aus 15 Ländern zur WATER WEEK, um die Rahmenbedingungen für das geplante Centre for Molecular Water Science (CMWS) abzustecken, das die Forschungsbemühungen auf dem Gebiet der molekularen Prozesse in Wasser und an Wassergrenzflächen in Zukunft bündeln soll.

„Wasser ist zwar ein ziemlich einfaches Molekül, aber auf seine Art sehr speziell“, erklärt die Chemikerin Melanie Schnell, Leitende Wissenschaftlerin bei DESY. Gemeinsam mit ihrem Kollegen Gerhard Grübel, ebenfalls Leitender Wissenschaftler bei DESY, koordiniert sie das CMWS-Projekt. „Zum Beispiel sorgen spezielle Bindungen zwischen den Wassermolekülen dafür, dass es erst bei 100 Grad Celsius siedet.“ Würde es diese Wasserstoffbrückenbindungen nicht geben, wäre Wasser schon bei Raumtemperatur ein Gas. Besonderheiten wie diese faszinieren die Fachwelt schon lange.

Das CMWS soll Wasser und seine Eigenschaften aus diversen Blickwinkeln beleuchten: Spezielle Versuchsaufbauten sollen Wasser buchstäblich unter Hochdruck setzen und dadurch exotische Eiskristalle erzeugen, wie sie ansonsten nur im Inneren von Riesenplaneten existieren dürften. In der Biologie geht es um die Frage, wie Wassermoleküle die Proteinfaltung beeinflussen: Nimmt ein Eiweißmolekül eine andere Form an, wenn Wasser zugegen ist? Und in der Chemie wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter anderem herausfinden, wie katalytische Prozesse durch das Wassermolekül geprägt werden – interessant etwa bei der Elektrolyse, dem zentralen Baustein der klimafreundlichen Wasserstoffgewinnung.

„In den letzten Jahren haben wir bemerkt, dass sich im DESY-Umfeld die verschiedensten Forschungsgruppen mit dem Thema Wasser beschäftigen“, sagt Schnell. „Irgendwann kam der Gedanke auf, diese Interessen in einem gemeinsamen Zentrum zu bündeln.“ Was allen Beteiligten gemein ist: Sie nutzen die Hamburger Röntgenlichtquellen PETRA III, FLASH und den European XFEL, um sich das Verhalten ihrer Studienobjekte im Detail anzuschauen.

„Fast alle Einrichtungen auf dem DESY-Campus mischen beim CMWS mit“, freut sich Grübel. „Auch darüber hinaus gibt es soviel Zuspruch, dass man fast schon von einem europäischen Zentrum sprechen kann.“ Mehr als 30 Gruppen aus verschiedenen Instituten Europas und aus Übersee haben konkretes Interesse angemeldet. Es gibt bereits Zusammenarbeiten im Rahmen eines „Early Science Program“, und demnächst soll bei DESY ein erstes Labor für die Probenpräparation eingerichtet werden, später wird das CMWS in einem neuen Gebäude auf dem Campus angesiedelt.

Für die Öffentlichkeit hält Klimaforscher Mojib Latif vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel am Dienstag (25. Februar um 19:30 Uhr im DESY-Hörsaal in Hamburg) im Rahmen der WATER WEEK einen kostenlosen Abendvortrag über „Die Rolle der Ozeane im Klimawandel“.

 

Weitere Informationen:
DESY Water Week: https://indico.desy.de/indico/e/waterweek2020