braucht den Input von Psychologen, Verhaltensforschern, Soziologen und auch Juristen, um die Erwartungen, die zu Recht an sie gestellt werden, umfassend zu erfüllen.
Die Tauchmedizin bleibt für alle beteiligten Fachexperten eine permanente und faszinierende Herausforderung, weil diese noch weit davon entfernt sind, auf zum Teil Jahrhunderte alte Fragen eine überzeugende Antwort zu wissen: Was sind z. B. „bends“? Wir können sie beschreiben, behandeln, auch verhüten, aber nicht im Letzten erklären.
Das frühere Bemühen einzelner Autoren, das gesamte Gebiet der Pathophysiologie des Tauchens abzudecken, hat schon lange in der Medizin keinen Platz mehr, und so gilt es, die interdisziplinäre Zusammenarbeit zu stärken und durch Strukturen wie Fachgesellschaften und wissenschaftliche Veranstaltungen den Erkenntnisgewinn und den Output für die Nutzer zu optimieren. Der Volkssport Tauchen wird dieses Fach zu neuer Bedeutung bringen, weit über die bisherige militärische und gewerbliche Perspektive hinaus.
Weiterführende Literatur ____________________________
1. Bert P: Barometric Pressure. Columbus, Ohio, 1943 (Reprint Bethesda, Maryland 1978 der engl. Übers. von M.A. und F.A. Hitchcock; Original: La Pression Barométrique, Recherches de Physiologie Experimentale. Paris 1878)
2. Davis RH: Deep diving and submarine operations. Siebe, Gorman & Co., Cwmbran (Reprint 1981)
3. Haldane JS, Boycott AE, Damant GCC: The prevention of compressed-air illness. J Hyg 1908; 8: 342–443
4. Heller R, Mager W, v. Schroetter H: Luftdruckerkrankungen mit besonderer Berücksichtigung der sogenannten Caissonkrankheit. Bd. 1-2. Hölder, Wien, 1900
5. Stelzner H: Tauchertechnik. Coleman, Lübeck, 1931
2 Physikalische Grundlagen
S. G. Scholz
Das Tauchen spielt sich in einer für den Menschen fremden Umgebung ab, denn unter Wasser unterliegt er fremden Kräften und Einflüssen, die zu ungewohnten Effekten führen. Die Grundlage für das Verständnis dieser Einflüsse stellt die Physik dar. Möchte man die Vorgänge beim Tauchen und die tauchmedizinischen Auswirkungen verstehen, kommt man nicht umhin, sich mit grundlegenden Gesetzmäßigkeiten auseinander zu setzen.
2.1 Druck
Physikalisch ist Druck definiert als Kraft pro Fläche. Dabei wird der senkrecht auf eine Fläche angreifende Kraftanteil berücksichtigt. Wirkt auf eine Fläche von einem Quadratzentimeter (cm2) die Kraft von 10 Newton (N), so herrscht ein Druck von 1 bar. Beim Tauchen spielt der Druck, dort der Umgebungsdruck, eine entscheidende Rolle, da er Auswirkungen auf die Bereiche Gasverbrauch, Dekompression, Tarierung und indirekt auch auf den Wärmehaushalt hat.
2.1.1 Luftdruck
Der Luftdruck beträgt auf Meereshöhe 1,013 bar. Alle Berechnungen beim Tauchen können in guter Näherung mit folgender vereinfachter Betrachtungsweise durchgeführt werden: Luftdruck auf Meereshöhe ist 1 bar und Abnahme des Luftdrucks ist 0,1 bar pro 1000 m. Tatsächlich nimmt der Luftdruck jedoch nicht in dieser linear angenommenen Weise ab. Der tatsächliche Verlauf wird durch die barometrische Höhenformel beschrieben und folgt einer exponentiellen Kurve. Dies muss beim Tauchen in größerer Höhe (z. B. Bergseen) berücksichtig werden. Ab ca. 600 m Höhe müssen für die Tauchgangsberechnung und Dekompression Tabellen verwendet werden, die den reduzierten Luftdruck berücksichtigen.
2.1.2 Wasserdruck
Mit zunehmender Tiefe nimmt der Wasserdruck zu. Die auf die Tauchtiefe bezogene Zunahme des Wasserdrucks hängt dabei von der Dichte des Wassers ab. Salzwasser hat je nach Salzgehalt eine höhere Dichte als Süßwasser, wodurch bei gleicher Tauchtiefe der Wasserdruck im Salzwasser (Ozeanwasser, 3,5 % Salzgehalt bei 20 °C Wassertemperatur) ca. 2,5–3 % größer ist als im Süßwasser. Für Tauchgangsberechnungen wird in der Regel mit 1 bar Druckzunahme pro 10 m Tauchtiefe gerechnet. Diese Genauigkeit reicht für fast alle Anwendungsgebiete aus.
2.1.3 Umgebungsdruck
Der Druck, dem wir als Taucher ausgesetzt sind, wird als Umgebungsdruck bezeichnet. Er setzt sich aus Luftdruck und Wasserdruck zusammen und ist eine entscheidende Größe beim Tauchen. Von dieser Größe hängen Gasverbrauch, Tarierung und Dekompressionsdaten ab. Der Umgebungsdruck auf Meereshöhe ist die Summe aus 1 bar Luftdruck und pro 10 m Wassertiefe einem weiteren Bar an Wasserdruck. In 10 m Tiefe herrscht also in guter Näherung ein Umgebungsdruck von 2 bar, in 37 m Wassertiefe ein Umgebungsdruck von 4,7 bar.
2.2 Prinzip des Archimedes
2.2.1 Herleitung
Das Gesetz des Archimedes besagt, dass ein Körper, der in eine Flüssigkeit getaucht wird, an Gewichtskraft verliert (Abb 2.1). Der Gewichtskraftverlust entspricht dabei der Gewichtskraft der von ihm verdrängten Flüssigkeitsmenge. Prinzipiell sind drei Zustände möglich: Die verlorene Gewichtskraft ist größer als die Gewichtskraft des Körpers, wodurch der Körper schwimmt. Wenn der Gewichtskraftverlust exakt gleich der Gewichtskraft des Körpers ist, so resultiert der Zustand des Schwebens oder des hydrostatischen Gleichgewichts. Ist der Gewichtskraftverlust kleiner als die Gewichtskraft des eingetauchten Körpers, sinkt der Körper ab. Sein „Gewicht“ im Wasser hat sich dann in Bezug auf sein ursprüngliches „Gewicht“ an Land reduziert.
Die Herleitung des Archimedischen Prinzips beruht auf der Betrachtung der Kräfte, die an einem eingetauchten Körper angreifen. Dabei wirken Druckkräfte auf die Unterseite des Körpers als Auftriebskräfte und Druckkräfte auf die Oberseite des Körpers als Abtriebskräfte. Da aber auf der Unterseite des Körpers ein größerer Umgebungsdruck herrscht als auf der Oberseite, ist die resultierende Kraft nach oben gerichtet, der Körper verliert also an Gewichtskraft, wobei der Gewichtskraftverlust umso größer ist, je größer die Dichte des umgebenden Mediums ist.
Abb. 2.1: Das Archimedische Prinzip beruht auf einem Druckunterschied zwischen Körperober- und Körperunterseite. Dabei betrachtet man die Kräfte, die auf die Ober- und Unterseite des Körpers (der in eine Flüssigkeit getaucht ist) wirken. Die Kraft auf der Oberseite (F1) ergibt sich aus dem Produkt aus der Stirnfläche (A), der Tiefe bis zur Körperoberseite (h1), der Dichte der Flüssigkeit (ρF) und der Erdbeschleunigung (g). Analog für die untere Stirnfläche des Körpers (Index 2). Da der Druck auf die untere Stirnfläche nach oben wirkt, ist auch die Kraft F2 nach oben gerichtet (negatives Vorzeichen). Die Gewichtskraft des Körpers (FG) berechnet sich aus der Dichte der Körpers (ρG) multipliziert mit dessen Volumen (V). Die resultierende Gewichtskraft des Körpers in der Flüssigkeit (FK) ergibt sich aus der Summer der Kräfte FK = F1 + FG – F2 (Vorzeichen beachten)
2.2.2 Anwendungen
Beim Tauchen regulieren diese drei Zustände (Auftrieb, Abtrieb und Schweben) die Positionierung des Tauchers im Wasser. Generell wird das hydrostatische Gleichgewicht angestrebt, in dem Auf- und Abtriebskräfte gleich groß sind und der Taucher neutral schwebt. Durch Veränderung seiner Auftriebskraft, entweder durch Veränderung des Volumens (Aufblasen des Tarierjackets, Einatmen) oder der Gewichtskraft (Zusatzblei), kann er sich aus der neutralen Position nach oben oder unten bewegen. Um jederzeit Auftrieb zu gewähren, ist es wichtig, schon vor dem Tauchen die Auftriebskräfte zu berechnen.
Fallbeispiel. Ein komplett ausgerüsteter Taucher hat eine Masse von 132 kg (Gewichtskraft von 1320 N) und ein Volumen von 130 l. Im Süßwasser (Dichte ρ = 1,00 kg/l) erfährt er einen Gewichtskraftverlust von 1300 N (130 l × 1,00 kg/l × 10 m/s2 = 130 kg × 10 m/s2 = 1300 N.) In diesem Beispiel kann in guter Näherung mit einer Gravitationskonstanten g = 10 m/s2 gerechnet werden (exakt: 9,81 m/s2). Da den meisten Tauchern die physikalisch korrekte Rechung mit Gewichtskraft in N nicht vertraut ist, wird in der Praxis vom Gewicht (in kg) statt der Gewichtskraft ausgegangen. Vergleicht man den Gewichtskraftverlust mit seiner Gewichtskraft an Land, so stellt man fest, dass eine nach unten gerichtete Kraft von 20 N (2 kg × 10 m/s2) resultiert und der Taucher damit Abtrieb hat. Diesen Abtrieb kann er durch Vergrößerung