◆ Sieben Tage Wasser — eine Langzeitstudie mit M5 DiVA
Ununterbrochene Viskositäts- und Dichtemessung an destilliertem Wasser über eine volle Woche. Mit simultaner Erfassung von Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchte. Die Frage: Gibt es periodische Schwankungen in den Stoffeigenschaften, die über thermische Effekte hinausgehen?
Das Experiment
Im Oktober 2015 wurde ein M5 DiVA Axiorheometer über 169 Stunden ununterbrochen betrieben, um destilliertes Wasser visko-densitometrisch zu verfolgen. Jede Messung besteht aus einem Triplet — drei unmittelbar aufeinanderfolgende Einzelmessungen — das alle 6,4 Minuten wiederholt wird. Parallel zeichneten IMETER-Sensoren (I-SIF) Luftdruck, Luftfeuchte und Raumtemperatur auf.
Der Hintergrund: IMETER-Methoden sind darauf ausgelegt, über beliebige Zeiträume korrekt kalibriert und tariert zu messen — Messung als kontinuierlicher Prozess. Dieser Stresstest sollte zunächst die Langzeitstabilität des Systems demonstrieren. Doch die Daten warfen eine unerwartete Frage auf: Woher stammen die systematischen Schwankungen in den temperaturkorrigierten Residuen?
Viskosität und Temperatur über 7 Tage
Die Rohviskosität folgt erwartungsgemäß der Probentemperatur — Wasser wird bei steigender Temperatur dünnflüssiger. Die Temperatur schwankte zwischen 23,7 und 26,5 °C im Tag-Nacht-Rhythmus des nicht thermostatierten Laborraums.
Temperaturkorrigierte Residuen
Entscheidend ist nicht die Rohviskosität, sondern die Abweichung vom temperaturberechneten Sollwert. Diese Residuen zeigen die Viskositätsänderungen, die nicht durch Temperatur erklärbar sind. Die Standardabweichung beträgt ±4,3 ‰ — und die Schwankungen sind offensichtlich nicht zufällig, sondern periodisch strukturiert.
Deutlich sichtbar: wiederkehrende Wellenmuster mit Perioden im Bereich von Stunden bis Tagen.
Luftdichte und Luftdruck
Die simultan gemessene Luftdichte zeigt einen linearen Anstieg über die Woche (+0,6 × 10⁻³ g/cm³ pro Tag). Der Luftdruck variiert um ±0,06 kPa (Sensor I-SIF).
Spektralanalyse — die Frequenzen der Schwankungen
Eine Fourier-Analyse der temperaturkorrigierten Residuen zerlegt das Signal in seine Frequenzanteile. Die x-Achse zeigt die Periode in Stunden (logarithmisch, lange Perioden links), die y-Achse die spektrale Leistung. Vertikale Markierungen zeigen die bekannten Gezeitenperioden.
84,8 h (~3,5 Tage) — stärkstes Signal. Mehrtägige Modulation, möglicherweise meteorologisch bedingt.
24,2 h — Tagesperiode. Teilweise thermisches Artefakt (Labortemperatur), aber auch nach Korrektur signifikant vorhanden.
12,1 h — Nahe der lunaren Halbtagsgezeit M2 (12,42 h). Im Luftdruck nicht vorhanden. Ursache ungeklärt.
Kreuzkorrelation mit Umgebungsparametern
Welche der beobachteten Schwankungen lassen sich durch äußere Einflüsse erklären?
| Korrelation | Pearson r | p-Wert | Interpretation |
|---|---|---|---|
| Residuen vs. Luftdruck (gesamt) | +0,14 | 7 × 10⁻⁹ | Schwach, aber signifikant |
| Residuen vs. Luftdruck (24h-Band) | −0,35 | 2 × 10⁻⁴⁸ | Anti-korreliert bei Tagesperiode |
| Residuen vs. Luftdruck (12h-Band) | +0,14 | 7 × 10⁻⁹ | Schwach — Druck zeigt kein 12h-Signal |
| Residuen vs. Raumtemperatur | −0,05 | 1 × 10⁻⁴ | Vernachlässigbar |
Dichte- und Viskositätsresiduen im Vergleich
Auch die temperaturkorrigierten Dichte-Residuen zeigen 24h- und 12h-Peaks im Spektrum. Die Kreuzkorrelation zwischen Viskositäts- und Dichteresiduen ergibt jedoch:
| Band | Visko-Amplitude | Dichte-Amplitude | Korrelation | Phasenverschiebung |
|---|---|---|---|---|
| 24 h (solar) | ±1,3 ‰ | ±0,86 × 10⁻³ g/cm³ | r = 0,49 | ~22,5 h (gegenphasig) |
| 12 h (M2-nah) | ±2,1 ‰ | ±0,64 × 10⁻³ g/cm³ | r ≈ 0 | unkorreliert |
Das Bild der Viskositäts- und Dichteresiduen aus der Originalauswertung zeigt die parallelen Zeitverläufe:
Residuen von Viskosität (blau) und Dichte (orange) nach Temperaturkompensation. Beide zeigen eigenwillige periodische Strukturen, ohne erkennbare Korrelation.
Diskussion und offene Fragen
Diese singuläre Untersuchung kann nur einen Hinweis geben, keine Beweisführung. Dennoch sind die Befunde bemerkenswert:
Die 12-Stunden-Oszillation mit einer Amplitude von ±1,9 ‰ liegt deutlich über dem Messrauschen der DiVA (typisch ±0,5 ‰ für Triplet-Wiederholungen an Wasser). Direkte Gravitationseffekte auf die Wasserdichte wären bei ~10⁻⁷ g/cm³ zu erwarten — weit unter der Messauflösung. Aber indirekte Pfade sind denkbar: Gezeitenbedingte Luftdruckschwankungen (S2-Gezeit, ±1,2 hPa in 12h) könnten über Gaslöslichkeitsänderungen im Wasser die effektive Viskosität beeinflussen. Ebenso könnten Mikroerschütterungen des Gebäudes mit Gezeitenperiodizität eine Rolle spielen — die Erdkruste hebt und senkt sich in Augsburg um einige Zentimeter im lunaren Halbtagsrhythmus.
Die Tatsache, dass Viskositäts- und Dichteschwankungen bei 12h unabhängig voneinander verlaufen, schließt eine gemeinsame triviale Ursache (wie einen Temperaturfehler) weitgehend aus — ein solcher würde beide Größen gleichsinnig beeinflussen. Die Probe war anfänglich per Kolbenpumpe gasfreies Wasser; die fortschreitende Luftsättigung erzeugt den Dichte-Langzeittrend, kann aber die periodischen Oszillationen nicht erklären. Die Temperierung erfolgte mit einem Thermostat, der bekanntermaßen Störungen und Ungenauigkeiten zeigte.
Für eine belastbare Aussage bräuchte es ein Folgeexperiment mit Beschleunigungssensor (Seismometer), einem parallel laufenden zweiten DiVA-System an einem anderen Standort, und einer Messdauer von mindestens 28 Tagen (einem vollen Mondzyklus), um die Frequenzauflösung im Gezeitenband zu verbessern.
Was diese Studie mit Sicherheit zeigt: Das M5 DiVA Axiorheometer ist in der Lage, Schwankungen von wenigen Promille über Wochen reproduzierbar aufzulösen. Diese Langzeitstabilität ist eine Voraussetzung für Anwendungen wie Prozessmonitoring, Alterungsstudien und die Detektion subtiler Materialveränderungen.
IMETER — Messung als kontinuierlicher Prozess
Die Fähigkeit zur ununterbrochenen, stets korrekt kalibrierten Langzeitmessung ist kein Sonderfall der M5 DiVA, sondern ein Grundprinzip aller IMETER-Methoden. Die Messmodule für Oberflächenspannung (M1/M2), Feststoffdichte (M9), Flüssigkeitsdichte (M8) und Kontaktwinkel (M4) sind mit dem gleichen Aufwand dazu gebracht worden, über beliebige Zeiträume stabile und rückführbare Ergebnisse zu liefern.
Das eröffnet ein Forschungsfeld, das mit herkömmlichen Einzelmessgeräten nicht zugänglich ist: die Langzeitbeobachtung subtiler Eigenschaftsänderungen — ob durch Alterung, Umgebungseinflüsse oder, wie hier angedeutet, möglicherweise durch Kräfte, die wir noch nicht vollständig verstehen.
◆ Weiterführende Forschung
Diese Pilotstudie wurde als Einzeluntersuchung im Rahmen der IMETER-Entwicklung durchgeführt und eigenfinanziert. Eine systematische Erforschung der beobachteten Periodizitäten — mit erweiterten Sensoren, Parallelexperimenten und längerer Messzeit — würde belastbare Aussagen ermöglichen.
Falls Sie an einer Zusammenarbeit oder Förderung dieser Forschung interessiert sind, freuen wir uns über Ihre Kontaktaufnahme.
Methode: IMETER M5 DiVA, Axiorheometrie. Triplet-Messungen (3 × Einzelmessung) alle 6,4 min. Umgebungssensorik: I-SIF V2 (Temperatur, Luftdruck, Lufttemperatur und Feuchte). Datenauswertung: Temperaturkorrektur über Referenzgleichung für Wasser, FFT-Spektralanalyse, Kreuzkorrelation mit Bandpass-Filterung.
Messsystem: M5 DiVA Methodenbeschreibung · Auftragsmessungen Viskosität
Studie durchgeführt Oktober 2015, Augsburg. Datenauswertung mit IMETER-Software und Python/SciPy. © IMETER / MSB Breitwieser 2015–2026.