Helium ist das zweite Atemgas-Inertgas des Tauchens: ein Edelgas, das der Körper nicht verstoffwechselt, das aber anders als Stickstoff kaum narkotisch wirkt und sehr leicht ist. Genau deshalb ersetzt es im technischen Tauchen einen Teil des Stickstoffs — und bringt dafür drei eigene Probleme mit: Wärmeverlust, Hochdrucknervensyndrom und eine eigene Dekompression.
Was Helium löst
Zwei Grenzen machen das Lufttauchen jenseits von sechzig Metern unbrauchbar, und beide hängen am Stickstoff. Die erste ist die Narkose. Die CMAS beschreibt ihren Verlauf beim Lufttauchen als fortschreitend von 35 bis 60 Metern, ausdrücklich „with no threshold effect“, und jenseits von sechzig Metern als regelmäßig auftretend — Sache der Einträge zum Tiefenrausch und zur Stickstoffnarkose. Für Helium liegt nach der englischsprachigen Wikipedia kein Nachweis einer vergleichbaren Wirkung vor: „Helium has very little narcotic effect.“
Die zweite Grenze ist die Gasdichte. Dieselbe CMAS-Darstellung verweist auf COMEX-Untersuchungen, wonach „the density of a gas should not exceed 9g/l (i.e. 60 m in air) on current dives“ — darüber sinkt die Arbeitsfähigkeit, und es tritt Atemnot auf. Helium ist das leichteste Gas, das als Atemgasbestandteil in Frage kommt; es senkt die Dichte des Gemisches und damit die Atemarbeit in der Tiefe.
Was Helium kostet
Wärme. Helium leitet Wärme weit besser als Luft. Die englischsprachige Wikipedia stellt die Wärmeleitfähigkeiten gegenüber — Argon 0,016, Luft 0,024 und Helium 0,142 W/(m·K) — und fasst zusammen, Helium leite Wärme etwa sechsmal so schnell wie Luft. Deshalb füllen Taucher mit heliumhaltigem Atemgas ihren Trockenanzug häufig mit Argon statt mit Atemgas. Im gewerblichen Bereich ist daraus eine Vorschrift geworden: Die DGUV Information 201-033 verlangt, „bei Benutzung von heliumhaltigem Atemgas und Tauchtiefen von größer 120m ist das Atemgas vorzuwärmen“.
Das Hochdrucknervensyndrom. Jenseits von etwa 130 Metern kann beim Atmen von Heliox nach der englischsprachigen Wikipedia das HPNS auftreten — Zittern, Benommenheit, Leistungsabfall. Ein Stickstoffanteil im Gemisch wirkt dem entgegen; dieselbe Darstellung nennt Versuche von Bennett und Mitarbeitern, die das Syndrom auf 720 und 1000 Fuß mit einem Stickstoff-Helium-Sauerstoff-Gemisch unterdrückten. Dass Trimix den Stickstoff nicht vollständig herauswirft, ist also kein Kompromiss aus Kostengründen allein.
Die Dekompression. Helium tritt schneller in das Gewebe ein und schneller wieder heraus als Stickstoff — eine Folge seiner geringen Molekülmasse. Es löst sich dabei weniger gut, trägt also weniger Gas ein. Was daraus für die Dekompression folgt, ist weniger eindeutig, als die beiden Sätze klingen: Beim Sättigungstauchen ist das schnelle Verhalten ein Vorteil, bei kurzen Tiefentauchgängen nicht. Und wer zwischen heliumhaltigen und stickstoffhaltigen Gemischen wechselt, kann Blasen bekommen, ohne den Druck zu ändern — die isobare Gegendiffusion.
Wie Rechenmodelle mit Helium umgehen
Bühlmann hat für Helium keinen eigenständig gemessenen Parametersatz veröffentlicht. Nach dem Faktenblatt der CMAS teilte er die Stickstoff-Halbwertszeiten durch 2,645 — das Verhältnis der Molekulargewichte von Stickstoff und Helium — und manche Autoren kritisieren gerade diese Wahl. Veröffentlicht ist allein die experimentelle Fassung ZH-L16 A (He) von 1986; sie gilt für Heliox und Trimix. Ein Tauchcomputer, der für Helium „ZH-L16 C“ angibt, benutzt nach derselben Quelle eine falsche Bezeichnung, weil ZH-L16 C nur für Stickstoff existiert. Für Trimix nennt Bühlmann keinen eigenen Satz; als Behelf wird ein nach Gasanteilen gewichteter Mittelwert der Koeffizienten verwendet.
Weil die Übertragbarkeit umstritten ist, werden für Heliumtauchgänge nach derselben Darstellung asymmetrische Gradientenfaktoren wie 50/80 oder 30/70 benutzt, um tiefere Stopps zu erzwingen. Das ist der eine Fall, in dem die CMAS tiefe Stopps nicht ablehnt — für Luft und Nitrox rät sie davon ausdrücklich ab.
Die Gemische
Die DGUV Information 201-033 definiert beide Bauarten knapp: Heliox ist ein „Gas, bestehend aus einer speziellen Mischung aus Sauerstoff und Helium“, Trimix ein „Gas, bestehend aus einer speziellen Mischung aus Sauerstoff, Helium und Stickstoff“. Für das Sporttauchen beschreibt der Eintrag zum Mischgastauchen den Rahmen. TDI nennt für normoxische Gemische die Tiefen, bis zu denen der Sauerstoffanteil allein trägt: 21 Prozent bis 57 Meter, 18 Prozent bis 68 Meter, 16 Prozent bis 77 Meter — und räumt ein, dass es verschiedene Definitionen von „normoxisch“ gibt. Das Standardgas 18/45 für sechzig Meter trägt 18 Prozent Sauerstoff und 45 Prozent Helium.
Nach unten ist der Sauerstoffanteil die eigentliche Falle. Die DGUV setzt für Mischgase einen Partialdruck von mindestens 0,16 bar und höchstens 1,4 bar — ein stark heliumhaltiges Gemisch ist an der Oberfläche nicht atembar, und das ist der Grund, warum solche Tauchgänge ein Reisegas brauchen. Dieselbe Information sagt zugleich, dass ihre eigenen Tabellen nur für Sauerstoff-Stickstoff-Gemische gelten.
Woher der Umgang mit Helium kommt
Der erste große Einsatz ist gut dokumentiert. Bei der Bergung der USS Squalus 1939 war Lufttauchen in 74 Metern nach dem Vortrag von Charles Momsen zu gefährlich; die Marinetaucher atmeten ein Helium-Sauerstoff-Gemisch mit etwa 28 Prozent Sauerstoff. Drei Einzelheiten daran stehen bis heute: Das Gas wurde im Kreislauf geführt, um Helium zu sparen — das Kostenargument ist so alt wie die Sache selbst. Die Anzüge wurden elektrisch beheizt, weil der Körper in Helium mehr Wärme abgibt. Und es musste ein eigenes Dekompressionsverfahren entwickelt werden, weil die vorhandenen Tabellen für Luft gerechnet waren. Von 628 Tauchgängen endeten nach derselben Darstellung zwei mit einer Dekompressionskrankheit, beide nach zu schnellem Aufstieg.
Als Tauchlehrer
Im Sporttauchen bis vierzig Meter gibt es keinen Grund für Helium, und das ist keine Sparsamkeit, sondern Sachlogik: Weder die Narkose noch die Gasdichte zwingen dort zu einem leichteren Inertgas. Wer tiefer will, kauft mit Helium nicht einfach Klarheit im Kopf ein, sondern tauscht eine Grenze gegen drei andere — und zwei davon, Wärmehaushalt und Dekompression, lassen sich nicht im Kopf überschlagen. Das ist der Grund, warum Heliumgemische eine eigene Ausbildung verlangen und nicht nur eine andere Füllung.
Quellen
- CMAS: Max Depth — Verlauf der Stickstoffnarkose zwischen 35 und 60 Metern ohne Schwellenwert, Gasdichtegrenze von 9 g/l nach COMEX.
- CMAS: Bühlmann ZH-L — Faktor 2,645 als Verhältnis der Molekulargewichte, allein veröffentlichte Heliumfassung ZH-L16 A (He) von 1986, falsche Bezeichnung „ZH-L16 C (He)“, gewichtete Koeffizienten für Trimix, asymmetrische Gradientenfaktoren bei Helium.
- DGUV Information 201-033: Tauchen mit Mischgas (PDF) — Definitionen von Heliox und Trimix im Wortlaut, Vorwärmen heliumhaltigen Atemgases über 120 Meter, Partialdruckgrenzen 0,16 und 1,4 bar, Beschränkung der eigenen Tabellen auf Sauerstoff-Stickstoff-Gemische. Diese Information gilt für das gewerbliche Tauchen.
- TDI: Trimix 75 m — normoxisch gegen hypoxisch, 21 Prozent bis 57 Meter, 18 Prozent bis 68 Meter, 16 Prozent bis 77 Meter, Standardgas 18/45.
- Wikipedia (englisch): Trimix (breathing gas) — Wärmeleitfähigkeiten von Argon, Luft und Helium, geringe narkotische Wirkung, HPNS jenseits von etwa 130 Metern (zu den weit auseinandergehenden Schwellenangaben der Fachliteratur siehe Hochdrucknervensyndrom) und seine Unterdrückung durch Stickstoff, schnellere Diffusion und geringere Löslichkeit, Argon als Anzugfüllgas.
- U.S. Navy, Naval History and Heritage Command: Vortrag Charles B. Momsen über die Rettung und Bergung der USS Squalus — Heliox mit etwa 28 Prozent Sauerstoff, Kreislaufführung zur Heliumersparnis, elektrisch beheizte Anzüge, eigenes Dekompressionsverfahren, 628 Tauchgänge mit zwei Fällen von Dekompressionskrankheit.
Zur Quellenlage: Der Vier-Verbände-Maßstab ist nur zur Hälfte erfüllt — CMAS und TDI liegen zugrunde, SSI und PADI äußern sich zu Heliumgemischen öffentlich nicht in vergleichbarer Form. Die Zahlenreihe zur Wärmeleitfähigkeit und die HPNS-Tiefenangabe stammen aus einem Wiki-Artikel; eine Verbands- oder Normfundstelle dafür liegt dieser Fassung nicht zugrunde. Die Angaben der DGUV-Information gelten für das gewerbliche Tauchen und sind kein Sporttauchstandard. Preisangaben für Helium nennt dieser Eintrag nicht: Die in der Wikipedia zitierte Steigerung von über 51 Prozent zwischen 2000 und 2011 beruht auf einer Rohstoffstatistik und sagt über heutige Füllpreise nichts.
