Tauchen 1 EINLEITUNG Tauchen, Aufenthalt Luft atmender Organismen oder spezialisierter Geräte unter Wasser. Das tauchende Objekt hat in der Regel keinen direkten Zugang zum atmosphärischen Sauerstoff und erfährt die vielfältige Wirkung des Einschlussmediums Wasser: Auftrieb, Reibung, Wärmeaustausch und den mit der Tauchtiefe zunehmenden hydrostatischen Druck (rund ein Bar pro zehn Meter Wassertiefe). Ferner sind der polare Lösungsmittelcharakter, die veränderten optischen und akustischen Eigenschaften und gegebenenfalls der Salzgehalt des Wassers zu berücksichtigen. 2 APNOETAUCHEN UND PLASTRONATMUNG Etliche Luft atmende Tierarten und der Mensch sind in der Lage, für einen Aufenthalt unter Wasser die Luft anzuhalten (Apnoe), entweder um einen Unfall zu überleben oder für gezielte Aktivitäten wie Sammeln, Jagen oder Flucht. Der stoffwechselbedingte Sauerstoffverbrauch lässt dabei den begrenzten Sauerstoffvorrat in Lunge, Blut und Muskeln schnell schwinden und erzwingt so in jedem Fall nach relativ kurzer Zeit die Rückkehr zur Wasseroberfläche und die Tilgung der Sauerstoffschuld. Rekordhalter verschiedener Tiergruppen sind die Weddelrobbe und der Kaiserpinguin mit jeweils über 500 Meter Tauchtiefe, Meeresschildkröten mit etwa 1 500 Metern, der Pottwal kann sogar bis zu 3 000 Meter tief tauchen und dabei etwa eine Stunde unter Wasser bleiben. Die ursprüngliche Motivation des Menschen, in das für ihn lebensfeindliche Element abzutauchen, ist sicher der Nahrungserwerb (Fische, Krebse, Mollusken, Algen), die Gewinnung von Rohstoffen (Schwämme, Korallen, Perlen), die Bergung verlorener Wertgegenstände oder die Zerstörung feindlicher Schiffe. Noch heute gibt es ethnische Gruppen, die als Apnoetaucher mit einfachen Tauchbrillen und Flossen oder ohne jedes Hilfsmittel ihren Lebensunterhalt bestreiten. Berühmt sind die Taucherinnen aus Japan (Ama) und Korea (Henyo), die das ganze Jahr Tag für Tag viele Male im Meer nach Naturprodukten tauchen und dabei Tauchzeiten von circa drei Minuten und Tauchtiefen von bis zu 30 Metern erreichen. Einzelne Schwamm- und Perlentaucher gelangen regelmäßig sogar in Tiefen von bis zu 60 Metern. Im Freizeitbereich erfreut sich das Schnorcheltauchen als Naturerlebnis oder Wettkampf zunehmender Beliebtheit (siehe Sporttauchen). Ein besonderer Fall ist die so genannte Plastronatmung, wie sie von verschiedenen zeitweise untergetaucht lebenden Wasserinsekten oder Insektenlarven, von Wasserwanzen und der Wasserspinne Argyroneta aquatica betrieben wird. Ein Borstenkleid im Bereich der Atemöffnungen gestattet das Mitführen einer Luftblase, aus der Sauerstoff in die Tracheen oder Fächerlungen gelangt. Ist der Teildruck des Sauerstoffs in der Gasblase unter den Gleichgewichtsdruck mit dem umgebenden Wasser gesunken, diffundiert Sauerstoff aus dem Wasser in die Gasblase und garantiert so eine relativ langfristige Sauerstoffversorgung des Tieres. 3 GERÄTETAUCHEN Bemühungen des Menschen, das für ihn lebensfeindliche Medium Wasser mit technischen Hilfsmitteln zu erschließen, d. h. die Aufenthaltsdauer unter Wasser zu verlängern und tiefer in die Unterwasserwelt vorzudringen, sind in der Geschichtsschreibung vielfach dokumentiert. In seinem Werk Problemata berichtet Aristoteles (384-322 v. Chr.) von einer Tauchglocke namens Colimpha, einem Fass aus Holz und Eselshaut, mit dem Alexander der Große (356-323 v. Chr.) Fischbeobachtungen durchgeführt haben soll. Der Denkansatz von Plinius dem Älteren (24-79 n. Chr.), tauchende Soldaten mit langen Schnorcheln zu versehen, ist in der Praxis wenig Erfolg versprechend, da die Druckdifferenz zwischen Lungenlumen und Wasser schon ab Tauchtiefen von 50 Zentimetern einen schier unüberwindlichen Atemwiderstand provoziert. 3.1 Tauchglocken Tauchglocken waren ab Mitte des 16. Jahrhunderts erfolgreich im Einsatz, beispielsweise zur Ausschlachtung von Wracks oder beim Brückenbau. Sie führten zum einen zu der Einsicht, dass Aufstiege nach dem Atmen komprimierter Luft mit angehaltenem Atem zu schweren Lungenüberdehnungsunfällen führen können, zum anderen, dass die verbrauchte Luft bald ersetzt werden muss, damit der Kohlendioxidgehalt nicht auf gefährliche Werte ansteigt. Letzteres geschah entweder über Fässer (Edmond Halley, 1716) oder durch einen Schlauch mittels einer Handpumpe, die oberhalb der Wasseroberfläche betrieben wurde (John Smeaton, 1788). Längere Aufenthalte und effizientes Arbeiten unter Wasser waren nun möglich. In Unkenntnis der Sättigungs- und Entsättigungsvorgänge des Luftstickstoffs im Körpergewebe bei veränderlichen Druckverhältnissen kam es allerdings häufig zu akuten, zu chronischen und auch zu tödlichen Dekompressionserkrankungen (siehe Caissonkrankheit). Haltezeiten auf bestimmten Tiefen, abhängig von Arbeitstiefe und Tauchzeit, können dieses Problem beseitigen. Verlässliche Regeln hierfür wurden erst im 20. Jahrhundert empirisch ermittelt und in Tabellenform festgehalten. Sie werden heute von wasserdichten Tauchcomputern modelliert und ausgehend vom aktuellen Tauchprofil in sicherheitsrelevante Dekompressionsvorschläge umgesetzt. 4 SCHLAUCHVERSORGTES HELMTAUCHEN Illustrationen zu nie gebauten Tauchgeräten findet man in zwei überarbeiteten Versionen des Werkes de re militari von Flavius Vegetius (4. Jahrhundert n. Chr.) aus dem 16. Jahrhundert, bei Leonardo da Vinci (16. Jahrhundert) oder Giovanni Alfonso Borelli (17. Jahrhundert). Eines der ersten brauchbaren Tauchgeräte wurde 1819 von dem deutschen Werkzeugmacher Augustus Siebe geschaffen. Siebes Erfindung basierte auf dem Prinzip der Taucherglocke und bestand aus einer Lederjacke, die mit einem Metallhelm verknüpft war, in den von der Oberfläche durch einen biegsamen Schlauch Luft gepumpt wurde. Der Helm war zwar nicht wasserdicht, aber der Luftdruck sorgte dafür, dass das Wasser unterhalb des Kinns des Tauchers blieb. 1828 entwickelten die Gebrüder Deane einen schlauchversorgten Helmtauchanzug, der lange Einsatzzeiten bis 60 Meter Tauchtiefe gestattete und in verbesserter Form bis heute zum Einsatz kommt. Unterhalb dieser Marke ist sinnvolles Arbeiten mit Luft als Atemgas wegen der dort stark wirkenden Stickstoffnarkose nicht möglich. Helm und Anzug sind eine gasdichte Einheit und werden über einen Schlauch kontinuierlich mit Frischluft versorgt. Der Taucher trägt warme Unterkleidung und schwere Metallschuhe, zur Regulierung des Auftriebs muss er in gewissen Abständen über ein Ventil Luft ablassen. Die ,,Nabelschnur" enthält in der Regel auch ein Telefonkabel, eine Stromleitung für die Scheinwerfer und Schläuche für eine Warmwasserheizung. Eine typische Gefahr des klassischen Helmtauchens ist der Tauchersturz: Bei schnellem Absinken entsteht im starren Helm ein relativer Unterdruck, wenn die Luftversorgung nicht schnell genug ,,nachschieben" kann. Die Folgen reichen von einer Rötung der Haut des Oberkörpers bis hin zum Blutstau in der Lunge (äußeres und inneres Blaukommen). 5 OBERFLÄCHENUNABHÄNGIGE TAUCHGERÄTE Das Mitführen eines Vorrats an komprimierten Atemgasen und ein mechanischer Atemregler ermöglichen für begrenzte Zeit oberflächenunabhängige Tauchgänge. Tauchgeräte dieser Art sind von relativ leichter Bauart, müssen atemgesteuert die nötige Sauerstoffmenge liefern und den Druck des Atemgases an der Schnittstelle zum Taucher genau auf den aktuellen Umgebungsdruck reduzieren. 1860 entwickelten Benoît Ronquayrol und Auguste Denayrouze aus einem Atemschutzgerät für den Bergbau die erste Version eines brauchbaren mechanischen Atemreglers. Über 1 500 dieser Geräte wurden an die Kriegsmarinen vieler Länder verkauft. Fast parallele Neuerfindungen gelangen 1942 Georges Commeinhes und 1943 Emile Gagnan sowie Jacques Yves Cousteau, der die Geräte populär machte und zusammen mit Hans Hass als Wegbereiter des modernen Sporttauchens gelten darf. Im Wesentlichen unterscheidet man in diesem Bereich offene Systeme wie das Drucklufttauchgerät oder SCUBA, bei dem die Ausatemluft ins Wasser abgeatmet wird, von Kreislaufgeräten, bei denen das ausgeatmete Gas in einer Atemkalkpatrone von Kohlendioxid befreit und wieder dem Atemkreislauf zugeführt wird. Die Verwendung reinen Sauerstoffs ermöglicht blasenfreies Tauchen bis durchschnittlich sieben Meter Tiefe, andere Gemische wie Nitrox oder Heliox zirkulieren vor allem in so genannten halb geschlossenen Kreislaufgeräten. Die Motivation für das Gerätetauchen liegt heute neben der sportlichen Freizeitgestaltung in verschiedenen beruflichen Arbeitsfeldern begründet. Gewerbliche Berufstaucher führen auf Baustellen, an Hafenanlagen und Schiffen oder auch an Bohrinseln Montage-, Kontroll- und Instandsetzungsarbeiten durch. Das Militär stellt Einheiten von Kampfschwimmern und Minentauchern bereit, während Polizei-, Feuerwehr- und Rettungstaucher hauptsächlich bei Such-, Berge- oder Rettungsmanövern zum Einsatz kommen. Tauchaktivitäten mit wissenschaftlicher Zielsetzung gibt es in Biologie, Geologie und Archäologie (Forschungstaucher) sowie in der tauch- und überdruckmedizinischen Forschung. In allen genannten Bereichen einschließlich des Sporttauchsektors trägt die Zunft der Tauchlehrer die verantwortungsvolle Aufgabe der Aus- und Fortbildung. 5.1 Tauchhabitate und Sättigungstauchen Ein dauerhafter Aufenthalt in Unterwasserhabitaten unter dem Druck größerer Wassertiefen hat sich als technisch machbar und der Zustand hoher Inertgas-Sättigungen als physiologisch erträglich erwiesen (Inertgase sind reaktionsträge Gase wie Stickstoff; Sättigung bezieht sich auf die Sättigung des Gewebes mit diesem Gas). Wenn sich auch der Traum von der dauerhaften Besiedlung des Meeresbodens durch den Menschen zerschlagen hat, so wurden und werden unter erheblichem technischen Aufwand eine ganze Reihe erfolgreicher Forschungs- und Arbeitsaufenthalte unternommen. 1962 verbrachten Edwin E. Link und Robert Sténuit im Rahmen des Projekts Man in Sea 25 Stunden in einem Unterwasserzelt in 60 Meter Tiefe. Die Versuche wurden von der US Navy bis in eine Tiefe von 180 Metern fortgesetzt (Sealab 3), andere Habitate wie das Helgoländer Unterwasserhaus befanden sich dagegen eher im Flachwasser. Druckkammerexperimente der französischen Firma COMEX führten sogar bis zu Äquivalenttauchtiefen von 701 Metern. Unter diesen Bedingungen muss das Atemgasgemisch so eingestellt werden, dass keine der Komponenten problematische Wirkungen entfaltet. Der unter hohem Druck narkotisch wirkende Stickstoff wird durch Helium ersetzt, der Sauerstoffpartialdruck sollte auf Dauer 0,6 Bar nicht übersteigen. Eine Variante des Sättigungstauchens findet im Offshorebereich, z. B. für Instandhaltungsarbeiten an Pipelines auf dem Kontinentalschelf statt. Die Taucher leben permanent in einer Druckkammer unter dem Druck der erstrebten Arbeitstiefe an Bord eines Schiffes. Mit Hilfe einer Tauchkugel (bell) werden sie auf Arbeitstiefe gebracht und arbeiten dort praktisch ohne Dekompressionspausen als schlauchversorgte Helmtaucher. Die mehrtägige Dekompressionsphase erfolgt an Bord nur einmal nach dem Abschluss aller Einsätze. 5.2 Bemannte Tauchfahrzeuge und Tauchroboter Der Vorläufer bemannter Tauchboote ist wohl in der Tauchertonne von John Lethbridge (1715) zu sehen, mit welcher der Engländer zahlreiche Wracks bis zu einer Tiefe von etwa zehn Metern ihrer Edelmetallgegenstände entledigte und dabei reich wurde. Nachfolger sind der noch sehr unbewegliche Panzertauchanzug der Gebrüder Carmagnolle (1882) oder der moderne Ein-Atmosphären-Tauchanzug Newtsuit mit hydraulischen Gelenken und Propellern - ein maßgeschneidertes Ein-Mann-U-Boot. Das Tauchruderboot von Cornelis Drebbel von 1620 fuhr nur knapp unter der Oberfläche der Themse, das Tauchvehikel Turtle aus Eichenholz, Metallreifen und Teer von David Bushnell aus dem Jahr 1773 funktionierte dagegen auch in größerer Tiefe. Im 2. Weltkrieg wurden U-Boote zu militärischen Zwecken eingesetzt, die ersten leistungsfähigen kommerziellen bzw. wissenschaftlichen Tauchboote waren der Deep Diver von Edwin Link und die Argyronète von Jacques Yves Cousteau aus den sechziger Jahren des 20. Jahrhunderts. Den Tiefenrekord hält bis heute der Bathyskaph Trieste von Auguste Piccard: Am 23. Januar 1960 erreichte die bemannte Konstruktion den Grund des Marianengrabens in einer Tiefe von 10 916 Meter Tiefe (Challengertiefe); die tiefste Stelle des Grabens liegt bei 11 033 Metern (Witjastiefe I). Das Touristentauchboot Deepstar befördert vor Grand Bahama Island maximal 45 Personen in Tiefen von bis zu 80 Metern, ein Atlantis-Forschungstauchboot bringt Touristen vor Grand Cayman Island sogar in Tiefen von bis zu 250 Metern. Ein modernes, futuristisch anmutendes Vehikel für Tauchtiefen bis 100 Meter ist das amerikanische Deep View 66. Unbemannte Tauchroboter sind die so genannten ROVs (remote operating vehicles), die z. B. mit Videokamera, Scheinwerfern, Greifern und Probenahmegeräten ausgerüstet und über ein Stromversorgungs- und Datentransferkabel mit dem Operator auf einem Schiff verbunden sind und die so genannten AUVs (autonomous underwater vehicles), spezialisierte mobile Messgeräte, die ohne Verbindung zur Wasseroberfläche Unterwassermissionen ausführen. Verfasst von: Martin Heß Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Alle Rechte vorbehalten.
