Sauerstofffraktion (FO2): Anteil im Atemgas

Taucherin hält im Füllraum ein Handmessgerät an das Ventil einer Tauchflasche, das Display ist unscharf. — Illustration, mit Google Gemini erzeugt.

Die Sauerstofffraktion ist der Anteil des Sauerstoffs am Atemgas, angegeben als Dezimalbruch oder in Prozent. In Formeln steht sie als FO₂, in Normen und Verbandstexten meist als „Sauerstoffanteil“. Sie ist die Größe, aus der sich der Partialdruck des Sauerstoffs in jeder Tiefe und damit die maximale Einsatztiefe eines Gemisches ergibt – und die erste Zahl, die ein Nitroxtaucher vor dem Tauchgang selbst feststellt.

Wie sie geschrieben wird

Luft enthält rund 21 Prozent Sauerstoff, als Fraktion also 0,21. Die ISO 11107 definiert „enriched air nitrox“ als atembares Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch mit mehr als 21 Prozent Sauerstoffanteil; Spurengase dürfen höchstens in der Konzentration vorkommen, die normale Luft aufweist. Eine Obergrenze nennt die Norm nicht ausdrücklich.

In der Praxis steht die Fraktion im Namen des Gemisches: EAN32 oder EANx32 bezeichnet 32 Prozent Sauerstoff, EAN36 entsprechend 36 Prozent. Die deutsche Wikipedia führt dieselbe Schreibweise und nennt als Oberbegriffe Nitrox, „Enriched Air Nitrox“, EAN und EANx.

Zwei Schreibweisen desselben Werts sind also im Umlauf, und sie gehören nicht verwechselt: Das NOAA-Formelheft für Tauchmedizintechniker verlangt den Dezimalbruch („% Gas (Decimal)“), die Flaschenkennzeichnung trägt den Prozentwert. Wer 32 statt 0,32 in eine Formel einsetzt, bekommt ein Ergebnis um den Faktor hundert daneben.

Wofür sie gebraucht wird

Der Sauerstoffpartialdruck ergibt sich nach dem NOAA-Formelheft als Produkt aus der Fraktion und dem absoluten Umgebungsdruck. Aus dieser einen Zeile folgt alles Weitere: Setzt man den zulässigen Partialdruck fest, lässt sich der Druck und damit die Tiefe berechnen, bei der er erreicht wird – die maximale Einsatztiefe. Umgekehrt führt der Weg zum Best Mix: aus Zieltiefe und zulässigem Partialdruck zur passenden Fraktion.

Die Fraktion bestimmt auch die Gegenrechnung über den Stickstoff. Die äquivalente Lufttiefe rechnet mit dem Komplementäranteil (1 − FO₂) und dem Faktor 0,79, dem Stickstoffanteil der Luft; die zugehörige Formel steht im NOAA-Heft, dort in Fuß.

Die Grenzen nach oben

Jeder Wert gehört seinem Urheber zugeordnet, denn die Verbände setzen die Grenze unterschiedlich:

ISO 11107: Bei Freiwasser-Tauchgängen mit EAN darf der Sauerstoffpartialdruck 160 kPa, also 1,6 bar, nicht überschreiten.
CMAS: maximal 1,4 bar für die Bodenmischung, maximal 1,6 bar für den Dekompressionsstopp. Die NOAA empfiehlt nach derselben Quelle dieselben Werte.
Wikipedia zu Nitrox: Die Tauchsportverbände nennen insgesamt 1,2 bis 1,6 bar; verbreitet wird empfohlen, 1,4 bar nicht zu überschreiten, unter weniger guten Bedingungen 1,2 oder 1,3 bar. Ab etwa 1,7 bar können Krampfanfälle ohne Vorwarnung auftreten.

Die Tiefe, die daraus folgt, wird abgerundet, nie aufgerundet – eine Obergrenze wird zu eigenen Ungunsten gerundet. Das gilt für jede aus der Fraktion gerechnete Tiefe.

Die Grenze nach unten

Eine Fraktion kann auch zu klein sein. Die Wikipedia gibt an, der Sauerstoffpartialdruck solle nie unter 0,16 bar sinken. Für Sporttaucher mit Nitrox ist das keine praktische Grenze – sie wird erst bei hypoxischen Gemischen des technischen Tauchens an der Oberfläche bedeutsam, also dort, wo das Gemisch an der Oberfläche nicht atembar ist. Die Folge einer zu kleinen Fraktion ist die Hypoxie, die einer zu großen die Hyperoxie.

Wer die Fraktion feststellt

Nicht der Füller, sondern der Taucher. Die Wikipedia hält das als Verfahren fest: Der Taucher überprüft den Sauerstoffanteil nach dem Füllen selbst und vermerkt ihn in Prozent auf der Flasche. Wie das geschieht, steht in der Sauerstoffanalyse.

In der Ausbildung lege ich auf die Reihenfolge Wert: erst messen, dann rechnen, dann ins Logbuch. Wer die Fraktion vom Aufkleber abliest, statt sie zu messen, hat die Zahl, aber nicht die Gewissheit – und alle folgenden Zahlen hängen an dieser einen.

Sauerstofffraktion, Sauerstoffanteil, FO₂ – ist das dasselbe?

Dieselbe Größe, verschiedene Benennungen. „Sauerstoffanteil“ ist das Wort der Normen und der deutschen Verbandstexte, FO₂ das Formelsymbol, „Fraktion“ die Übersetzung des englischen fraction. Unterschiedlich ist nur die Darstellung: Formeln verlangen den Dezimalbruch, Kennzeichnungen tragen Prozent.

Warum nennen CMAS und ISO verschiedene Grenzwerte?

Sie regeln Verschiedenes. Die ISO 11107 setzt eine Obergrenze für den Ausbildungstauchgang mit EAN – 1,6 bar. CMAS unterscheidet zusätzlich nach Tauchgangsabschnitt und lässt 1,6 bar nur für den Dekompressionsstopp zu, während für die Bodenmischung 1,4 bar gelten. Die Standards werden nicht vermischt: Wer nach CMAS taucht, rechnet mit den CMAS-Werten.

Gibt es eine obere Grenze für die Fraktion selbst?

Die ISO 11107 nennt in ihrer Begriffsbestimmung keine. Begrenzt wird nicht die Fraktion, sondern der Partialdruck – und damit mittelbar die Tiefe, in der ein Gemisch noch eingesetzt werden darf. Welche Fraktion eine Ausbildungsstufe freigibt und ab welchem Anteil eine Flasche sauerstoffrein sein muss, sind getrennte Fragen; die zweite behandelt die Sauerstoffreinigung.

Quellen

ISO 11107:2009, Leseprobe (PDF) – Begriffsbestimmung „enriched air nitrox“ mit mehr als 21 Prozent Sauerstoffanteil, Obergrenze 160 kPa im Freiwasser, Bestimmung der maximalen Einsatztiefe
NOAA: DMT Reference and Formulas (PDF) – Partialdruck als Produkt aus Fraktion (Dezimalbruch) und absolutem Druck, EAD-Formel mit dem Faktor 0,79
CMAS: Max Depth (Fact Sheet) – 1,4 bar für die Bodenmischung, 1,6 bar für den Dekompressionsstopp, Verweis auf die NOAA
Wikipedia: Nitrox – Schreibweise EAN/EANx mit Prozentzahl, Verbandsspanne 1,2 bis 1,6 bar, Untergrenze 0,16 bar, Krampfanfälle ab etwa 1,7 bar, Prüfung und Kennzeichnung durch den Taucher

Zur Quellenlage: Die ISO 11107 ist hier nur in der frei zugänglichen Leseprobe ausgewertet, nicht im vollständigen Normtext. Für die Angaben zur Untergrenze von 0,16 bar und zur Schwelle von etwa 1,7 bar liegt neben der enzyklopädischen Quelle keine Norm- oder Verbandsfundstelle vor. Eine deutschsprachige Verbandsfundstelle, die das Wort „Sauerstofffraktion“ selbst definiert, ist nicht Teil dieses Quellenbestands; Normen und Verbandstexte sprechen vom Sauerstoffanteil.