Luft ↑↓

Schnorchel ↑↓

Wenn wir mal uns selbst sowie Wasser mit geeigneten Parametern (Tiefe, Temperatur, Bewegung) als gegeben ansehen, brauchen wir zum Tauchen nur das, was wir auch so regelmäßig benötigen: Luft. Unter Wasser können wir nicht atmen, das können größere Lebewesen nur mit Kiemen (kleineren reicht oft die Hautatmung). Wir Menschen können auch eine Weile Tauchen, ohne Luft zu holen, das nennt sich Apnoetauchen. Für Ungeübte geht das so etwa bis zu einer Minute, mit Training einige Minuten, wobei der Rekord bei unter 10 Minuten liegt (jedenfalls wenn nicht vorher nachgeholfen wird). Spezialisierte Tiere schaffen es wesentlich länger, so können manche Wale über eine Stunde tauchen.

Wenn Menschen länger unter Wasser bleiben wollen, brauchen sie also ihr stärkstes Organ - das Gehirn. Das verhilft uns zu technischen Lösungen. Eine relativ einfache Idee ist dabei, die Luft direkt von oben zu holen. Bei Karl May oder James Bond geht das ganz gut - ein Schilfrohr abschneiden, abtauchen und atmen. Das ist bis zu einem gewissen Grad auch realistisch, schließlich nutzen auch Gerätetaucher in bestimmten Fällen Schnorchel. Das klappt aber nur bis zu einer geringen Tiefe. Warum, das erkläre ich später.

Der wesentliche Vorteil eines Schnorchels ist, dass man sich damit nah an der Oberfläche bewegen kann, ohne den Luftvorrat in der Flasche aufbrauchen zu müssen. Das Schwimmen direkt unter der Oberfläche spart gegenüber dem regelmäßigen Heben des Kopfes zum Atmen Energie. Außerdem hilft der Schnorchel auch beim Treiben an der Oberfläche (z. B. beim Warten auf weitere Taucher oder ein Boot), bei höherem Wellengang kein Wasser einzuatmen. Wenn man direkt vom Ufer in einen See steigt, ist ein Schnorchel hingegen überflüssig, so dass Sporttaucher ihn manchmal weglassen.

Pressluftflasche ↑↓

Eine Alternative ist es, immer Luft durch einen Schlauch pumpen zu lassen. Für Berufstaucher ist das manchmal durchaus sinnvoll, ein Sporttaucher wäre damit aber zu unflexibel.

Also Luft mitnehmen. Einige Tiere machen das auch, besonders Wasserspinnen und einige Insekten halten eine Luftblase an feinen Haaren fest. Das nennt man Plastron-Atmung. Für Menschen ist das aber auch bei stärkerer Körperbehaarung nicht sehr effektiv.

Die nähere Umgebung mit Luft zu füllen, ist in bestimmten Fällen durchaus praktikabel. Ist die Umgebung geschlossen, handelt es sich um ein U-Boot (so ein Einmann-Druckpanzer ist vom Prinzip her vergleichbar), ist sie offen, um einen Caisson. Ersteres ist für den Einsatz als Sportgerät in der Regel zu teuer (und für den Baggersee um die Ecke auch zu groß), letzteres wieder zu unhandlich. Und den See einfach trocken zu legen hat mit Tauchen nur sehr bedingt etwas zu tun.

Deshalb nehmen wir die Luft in künstlichen Behältnissen mit. Ein Eimer oder eine Plastiktüte ist dabei vom Nutzinhalt her auch nicht optimal, so dass man auf Luft unter hohem Druck in einer Flasche gekommen ist. Die nimmt relativ wenig Platz weg, hat aber viel Luft drin.

Damit haben wir unser erstes Ausrüstungsstück: Die Pressluftflasche, in der Praxis zumeist Stahl mit 7, 10, 12 oder 15 Litern Innenvolumen. Es gibt auch solche mit 4 oder 20 Litern, wobei manche Taucher gerade von den kleinen auch zwei Stück nutzen. Am häufigsten sind aber einzelne Flaschen mit 10, 12 oder 15 Litern. Der Fülldruck beträgt im vollen Zustand 200 bar, so dass die Flasche insgesamt etwa 2000 l bis 3000 l enthält. Flaschen mit einem Fülldruck von 300 bar oder aus alternativen Materialien wie Aluminium oder Kohlefaser sind bei Sporttauchern in unserer Region nicht weit verbreitet, obwohl solche für die vom Prinzip her ähnlichen Pressluftatmer der Feuerwehr häufig genutzt werden.

Atemregler ↑↓

Luft mit 200 bar einzuatmen ist aber nicht gerade gesund, außer man taucht auf etwa 2000 m Tiefe (zum Druck kommen wir noch). Also braucht man noch etwas, das den Druck entsprechend anpasst.

Schon haben wir Ausrüstungsstück zwei: Der Atemregler oder Lungenautomat regelt den Flaschendruck auf den Umgebungsdruck herunter. Aus praktischen Gründen nutzt man dabei zunächst eine erste Stufe, die den Druck von den bis zu rund 200 bar in der Flasche auf meist etwa 10 bar über dem Umgebungsdruck bringt. Die zweite Stufe regelt diesen Mitteldruck dann auf den Umgebungsdruck hinab.

Vorteil dieser Aufteilung ist, dass die relativ geringe Druckänderung von nur 10 bar eine feine Abstimmung des erreichten Drucks ermöglicht. Dadurch muss der Taucher nur wenig "saugen", um seine Luft zu bekommen. Außerdem ist ein Mitteldruckschlauch deutlich flexibler als ein Hochdruckschlauch.

Die ersten Zweistufenautomaten saßen mit beiden Stufen direkt an der Flasche und hatten große Zu- und Abluftschläuche zum Mundstück, was man heute teilweise in älteren Filmen sieht. Das ergab allerdings einen beachtlichen Druckunterschied zwischen dem Automaten, der den Druck einregelt, und dem Mund bzw. der Lunge. Deshalb wird der Druck heute direkt am Mundstück geregelt.

Oktopus ↑↓

Das genannte Mundstück aber gibt es doppelt. Diese zweite zweite Stufe wird allgemein als Oktopus bezeichnet. Warum gibt es diese, wir haben doch nur einen Mund? Die Idee ist einfach, dass die Technik beim Tauchen schlichtweg lebenswichtig ist. Man kann zwar aus geringeren Tiefen (an Metern einstellig oder knapp zweistellig) noch ohne Probleme auftauchen, auch wenn man von einem Totalausfall überrascht wird. Sobald man tiefer ist oder man nicht direkt nach oben kommt (Schiffsverkehr, Haie, Wrack, Höhle), wird das aber problematisch. Da ist es schön, wenn man einen Buddy (Slang für Tauchpartner) an der Seite hat, der einem von seiner Luft abgeben kann.

Im Notfall kann man zwar auch mit seinem Buddy aus der gleichen zweiten Stufe atmen, nämlich abwechselnd, das ist aber nicht ganz so bequem, erfordert eine freie Hand und zwei relativ ruhige Taucher. Entwickelt sich in so einer Luftnot-Situation allmählich Panik, will natürlich kein Taucher "seine" Luft wieder loswerden. Diese Wechselatmung verliert durch den Oktopus zunehmend an Bedeutung im Tauchsport.

Gerade beim Wrack- oder Höhlentauchen sollte allerdings der Taucher selbst eine komplette Zweitausstattung haben. Auch in sehr kalten Wasser ist eine zweite erste Stufe anzuraten. Es ist zwar recht selten, aber eine erste Stufe kann durchaus einfrieren. Zwar sind beide Stufen insofern fail-safe als dass bei einer Störung die Luft rauskommt, aber damit ist sie schnell weg, und aus einem abblasenden Automaten zu atmen ist nicht gerade bequem.

Finimeter ↑↓

Das Finimeter gibt an, wie viel Luft der Taucher noch hat. Es handelt sich einfach um einen Druckmesser (Manometer), der den Flaschendruck anzeigt. Damit weiß der Taucher, wann er "Halbzeit" hat (in der Regel 100 bar) und wann es wirklich eng wird. Halbzeit heißt natürlich nicht, dass man immer bis dahin taucht und dann umkehrt. Beim Höhlentauchen etwa wird die Luft eher gedrittelt (ein Drittel für den Hinweg, eines für den Rückweg und eines als Reserve). Dass der tatsächlich noch verbleibende Luftvorrat auch von der Flaschengröße abhängt, wird in der Praxis zumeist ignoriert, zumal die meisten Taucher mit hohem Luftverbrauch auch große Flaschen haben.

Für eine deutliche Warnung gibt es auch Flaschen mit speziellen Reserveventilen, die bei einem Mindestdruck abschließen und erst von Hand auf Reserve gestellt werden müssen, um auch den Rest freizugeben. Aufgrund der Verbreitung von Finimetern und des offensichtlichen Nachteils, bei Luftverlust erst mal einen Hebel hinter dem Hals drehen zu müssen, gibt es aber auch diese bei uns praktisch nicht mehr.

Sauerstoff ↑↓

Jetzt hört man gelegentlich auch den Ausdruck "Sauerstoffflasche" (übrigens schon immer mit drei "f"). Es gehört schließlich zur Allgemeinbildung, dass wir Sauerstoff atmen.

Das ist in der Tat auch beim Tauchen so, schließlich ändert sich unsere Physiologie dabei nicht. Wir brauchen molekularen Sauerstoff O₂ und geben Kohlenstoffdioxid CO₂ ab. Nun sind im Mittel nur 20,942 % der Luft Sauerstoff. Warum macht der Taucher sich so viel Mühe, "Abfall" mitzuschleppen? Immerhin sind von den beispielsweise 2000 l in seiner Flasche rund 1580 l ungenutzter Krempel.

Der einfachste Grund dafür ist einfach die Einfachheit. Luft bekommt man prinzipiell kostenlos, sie muss nur in die Flasche gepumpt werden. Das ist zwar bei 200 bar nicht gerade mit einer Fahrradpumpe zu bewerkstelligen, und auch der typische Heimwerker- oder Reifenkompressor schafft es noch nicht einmal, eine Atemluftflasche bis zur Reservemarke zu füllen. Nebenbei gesagt, werden Druckluftmaschinen meist mit Öl in der Luft geschmiert, so dass diese Art von Kompressoren, die sich selbst ja auch schmieren müssen, damit nicht unbedingt geizt. Öl in der Atemluft ist jedoch eine ganz schlechte Sache (das Problem gibt es auch bei Flugzeugen, die die Kabinen mit Triebwerkszapfluft beaufschlagen). Dennoch ist Pressluft insofern praktisch, als dass man zu ihrer Erzeugung nur einen geeigneten Kompressor benötigt.

Der nächste Grund ist, dass der Mensch einfach an diesen Sauerstoffanteil angepasst ist. Er atmet von seiner Luft auch den meisten Sauerstoff wieder aus, nämlich etwa 17 %. Die Differenz von 4 % wird durch Kohlendioxid aufgefüllt. Mehr Sauerstoff bringt also zunächst kaum etwas, auch den würden wir weitgehend ungenutzt ausatmen. Eine sinnvolle Lösung wäre lediglich, das Kohlendioxid aus der Ausatemluft zu entsorgen und durch Sauerstoff aus einer kleineren Flasche zu ersetzen. Sowas gibt es tatsächlich, es nennt sich Kreislaufgerät oder Rebreather. Vorteil dieser Geräte ist eine längere Tauchdauer (in geringen Tiefen) und nebenbei auch weniger Blasen mit daraus resultierend weniger Sichtbehinderung und einer geringeren Geräuschentwicklung. Gerade beim Filmen ist das ein Argument, aber auch Kampftaucher hinterlassen natürlich ungern sichtbare Spuren an der Oberfläche. Wer mal an einem Tauchgewässer stand, wird die Kringel sicherlich bemerkt haben. Der Nachteil ist ein wesentlich höherer Aufwand: Kalipatronen zum Absorbieren des Kohlendioxids, reiner Sauerstoff und ein Gerät, das deutlich teurer ist als ein normaler Atemregler. Dazu kommen wesentliche Unterschiede in der Handhabung, die in gewissem Rahmen ein ganz neues Lernen des Tauchens erfordern. Bei Sporttauchern, aber auch bei Rettungstauchern, sind Rebreather deshalb wenig vertreten.

Gegen den Einsatz reinen Sauerstoffs gibt es zudem auch noch physiologische Einwände. Reiner Sauerstoff kann (über Tage hinweg eingeatmet) die Lungen schädigen (Lorrain-Smith-Effekt), derzeit wird eine Obergrenze von 40% angenommen, die dauerhaft verträglich ist. Das ist beim Sporttauchen zwar nicht unbedingt zu erwarten, selbst in der Medizin ist eine längerfristige Sauerstoffanreicherung üblich, es soll aber trotzdem erwähnt werden.

Schlimmer ist, dass Sauerstoff unter bestimmten Randbedingungen auch akut toxische Wirkung auf das Zentralnervensystem haben kann (Paul-Bert-Effekt). Diese Bedingungen können beim Sporttauchen in der Tat erreicht werden. Dazu kommen wir aber noch, wenn wir uns das Thema Druck ansehen.

Hintergrund: Sauerstoff und Kohlendioxid
Übrigens ist die Ausatemluft mit 17% Sauerstoff ungefähr das Minimum dessen, was ein Mensch dauerhaft verträgt. Die Literaturwerte reichen von 16% bis 18%. 11% gelten als Grenze, unter der innerhalb von Minuten Bewusstlosigkeit eintritt. Versuche haben gezeigt, dass eine Konzentration von 13% über zwei Stunden nur geringfügige Auswirkungen auf die Reaktionsfähigkeit der Probanden hatte. Das ist insofern interessant, als dass bei diesen Werten die meisten Materialien nicht entzündet werden können, der Mensch also eine Weile mit weniger Sauerstoff auskommt als eine Kerze (minimal etwa 15-17%).

Bei CO₂ dürfte eine dauerhafte Konzentration von 0,3% unschädlich sein, während des Arbeitstages sind 0,5% akzeptabel (Maximale Arbeitsplatz-Konzentration). Eine noch höhere Konzentration führt zunächst zu einer erhöhten Atemfrequenz und Müdigkeit. Ab etwa 5% treten neben einer etwa verdoppelten Atemfrequenz Kopfschmerz und Schwindel auf, danach Bewusstlosigkeit. 8% gelten als innerhalb einer halben Stunde bis einer Stunde tödlich. Eine Kerze erlöscht erst bei rund 14% CO₂. Theoretisch kann ein Mensch das auch kurzzeitig überleben, allerdings wird er vermutlich bewusstlos, bevor er das Erlöschen der Kerze bemerkt ...

Zum zweiten Thema: Druck

Diese Seite ist Teil eines Framesets © Sven Herzfeld Frameset laden  ↑