Quarks&Co - Tauchsimualtor
3 bis 4 Meter tief zu tauchen dürften im Schwimmbad die meisten schaffen. Wer im Urlaub im Korallenriff auf 10 Meter kommt, ist schon ziemlich gut. Tiefer geht es nur mit extrem viel Übung – oder mit Pressluft-Gerät. Doch selbst wer mit einfacher Sporttaucher-Ausrüstung taucht, braucht Grundkenntnisse in Physik und Tauchmedizin, denn unter Wasser muss man auf vieles achten, was an Land ganz selbstverständlich ist: Wie verändert sich die Atmung unter Druck, wie funktioniert der Druckausgleich, und warum ist die Dekompressionskrankheit so tückisch? Hier sind ein paar Basis-Informationen über das Tauchen.
Atemregler
Um die Pressluft aus der Flasche atmen zu können, muss der Luftdruck an den Druck des Wassers angepasst werden. Das passiert in zwei Stufen: die erste Stufe direkt am Flaschenventil reduziert den Druck auf etwa 10 bar. Auf den Umgebungsdruck wird die Luft dann in der zweiten Stufe reduziert, dem Mundstück. Hier wird beim Einatmen ein Ventil betätigt, das dafür sorgt, dass die Luft nur strömt, solange der Taucher einatmet.
Auftrieb
Ein Stein, den man ins Wasser wirft, sinkt, denn er ist schwerer ist als das Wasser, das er verdrängt. Umgekehrt steigt ein Ballon, den man unter Wasser mit Luft füllt, nach oben. Denn das Wasser, das er verdrängt, wiegt mehr Wasser als die Luft, die dieses Volumen ausfüllt. Die Kraft, die ihn nach oben drückt, heißt Auftrieb. Sie sorgt dafür, dass nicht nur Menschen schwimmen können, sondern auch tonnenschwere Ozeandampfer.
Boyle-Mariottesches Gesetz
Nach dem Boyle-Mariotteschen Gesetz verhalten sich Druck und Volumen eines Gases umgekehrt proportional. Das heißt: Steigt der Druck, verringert sich das Volumen und umgekehrt. Taucher spüren dieses Gesetz ständig am eigenen Leib: In der Tiefe wirkt der Wasserdruck auf die Luft in der Lunge. Ohne Ausgleich würde die Lunge gemäß dem Boyle-Mariotteschen Gesetz auf einen Bruchteil ihres Volumens zusammengequetscht. Damit das nicht passiert, muss die eingeatmete Luft unter demselben Druck stehen, den auch das umgebende Wasser ausübt.
Dekompressionskrankheit
Eine der gefürchtetsten Gefahren, die beim Tauchen auftreten können, ist die sogenannte Dekompressionskrankheit. Sie kann immer dann auftreten, wenn Luft unter erhöhtem Druck geatmet wurde. Denn unter Druck absorbieren die Körpergewebe größere Mengen Stickstoff als an der Oberfläche. Lässt der Druck nach, kann er ausperlen und dabei Blasen bilden. Je nachdem, wo sich diese Blasen bilden, können sie die unterschiedlichsten Symptome auslösen wie Taubheitsgefühle, Prickeln, Hautjucken, Gelenkschmerzen, Schwindel, Atemschwierigkeiten, Lähmungserscheinungen bis hin zu Bewusstlosigkeit und Tod. Mit Tauchtabellen versucht man, die Stickstoffbelastung des Körpers so gering wie möglich zu halten. Völlig ausgeschlossen ist ein Auftreten der Symptome jedoch nie. Behandelt wird die Dekompressionskrankheit dadurch, dass man das Opfer in einer Druckkammer wieder unter Druck setzt und diesen Druck dann extrem langsam abbaut.
Druck
Der Druck wird in der Physik berechnet als Quotient aus einer Kraft und der Fläche, auf die diese Kraft wirkt. Luft und Wasser üben auch Druck aus – durch das Gewicht der Luft- bzw. Wasserteilchen. Der Luftdruck auf Meereshöhe beträgt dabei rund 1 bar, im Wasser nimmt er pro 10 Meter Wassertiefe etwa um 1 bar zu. In 10 Metern Tiefe herrscht also ein Druck von etwa 2 bar, in 20 Metern sind es schon 3 bar.
Druckausgleich
Denke beim Abstieg schon von Anfang an daran, den Druck auf den Ohren auszugleichen. Denn das Wasser drückt von außen immer stärker gegen das Trommelfell. Damit es nicht einreißt, musst du von innen einen Druck dagegen aufbauen: Die Nase zuhalten und durch die Nase ausatmen. Wenn es nicht klappt, steige ein paar Meter höher und versuche es in geringerer Tiefe noch einmal.
Farben
Schon in wenigen Metern Tiefe ist die Welt unter Wasser gar nicht mehr bunt. Je länger der Weg ist, den das Licht durch das Wasser zurücklegt, desto mehr Farbanteile werden absorbiert. Der Rot-Anteil geht schon nach rund 3 Metern Tiefe verloren, nach 10 Metern sind auch Gelbanteile nicht mehr erkennbar – alles sieht nur noch grünlich-blau aus. In etwa 20 Metern Tiefe ist auch der Grünstich verschwunden, und die Unterwasserwelt stellt sich nur noch blau dar.
Nitrox
Immer mehr Taucher verwenden in ihren Pressluftflaschen Luft, die mit zusätzlichem Sauerstoff angereichert ist. Diese Mischung nennt man Nitrox. Statt der natürlich vorkommenden 21 % Sauerstoff enthält Nitrox 32 % bis 40 %. Der Vorteil: Da weniger Stickstoff eingeatmet und im Körper absorbiert wird, kann der Taucher länger unter Wasser bleiben. Allerdings darf er dann nicht mehr so tief tauchen wie mit normaler Luft, denn ab einem bestimmten Druck wirkt der Sauerstoff giftig.
Partialdruck
Der Partialdruck in einem Gasgemisch ist der Teil des Druckes, den eines der in dem Gemisch vorhandenen Gase ausübt. In der Luft sind auf Meereshöhe etwa 21 % Sauerstoff vorhanden, der Gesamtluftdruck beträgt 1 bar. Daraus folgt: der Sauerstoff übt einen Partialdruck von 0,21 bar aus. So kann man ausrechnen, wie viel Gas ein Taucher atmet. Beispiel: In 20 Metern Wassertiefe hat die Pressluft am Atemregler einen Druck von 3 bar. Der Partialdruck des Sauerstoffs beträgt dann 21 % davon, also 0,63 bar.
Schallausbreitung im Wasser
Schall breitet sich in Wasser mehr als vier mal so schnell aus wie in der Luft. Das macht es schwierig, die Richtung festzustellen, aus der ein Geräusch kommt. Denn das Gehirn bestimmt die Richtung aus der Zeitdifferenz zwischen dem Eintreffen auf den Ohren. Unter Wasser trifft das Geräusch aber praktisch gleichzeitig auf beide Ohren – dadurch scheint es, als käme das Geräusch aus allen Richtungen.
Tarierung
Damit ein Taucher unter Wasser nicht immer weiter in die Tiefe sinkt, zieht er eine Tarierweste an. Das ist eine Weste mit einer Luftkammer, die an die Pressluftflasche angeschlossen ist. Pumpt der Taucher Luft in die Weste, vergrößert sich ihr Volumen und der Taucher bekommt Auftrieb. Das richtige Gleichgewicht zwischen Absinken und Auftrieb muss der Taucher ständig neu einstellen. Diese Einstellen eines Gleichgewichtes nennt man Tarierung.
Tiefenrausch
Ab etwa 30 Metern droht der Tiefenrausch: Gedämpfte Reaktionsfähigkeit, Euphorie oder Angstzustände, du fühlst dich wie betrunken und verlierst die Orientierung. Unter Druck wirkt der Stickstoff, den du atmest, narkotisch. Die Wirkung entspricht ungefähr alle 15 Meter einem Martini. Im Gegensatz zum Alkohol bleibt aber kein Kater zurück: einfach ein paar Meter höher tauchen, und die Symptome verschwinden.
