Unterdruck

Behandschuhte Hände eines Tauchers halten eine vom Umgebungsdruck eingedellte und eine unverformte Plastikflasche.
Illustration, mit Google Gemini erzeugt.

Unterdruck ist ein Relativdruck, der unter dem Umgebungsdruck liegt. Beim Tauchen ist er die physikalische Ursache aller Schadensbilder, die beim Abstieg an gasgefüllten Hohlräumen entstehen — vom Maskenbarotrauma bis zum blockierten Ohr — und zugleich das Prinzip, nach dem jeder Lungenautomat Luft freigibt.

Die Definition

Der Relativdruck ist nach der Darstellung des Messtechnikherstellers WIKA „die Differenz zwischen einem absoluten Druck (Pabs) und dem jeweils herrschenden Atmosphärendruck (Pamb)“, also pe = pabs − pamb. Ist diese Differenz positiv, spricht man von Überdruck; ist sie negativ, von Unterdruck. Die deutschsprachige Wikipedia fasst es entsprechend: Unterdruck ist der relative Druck, „wenn dieser unter dem Umgebungsdruck liegt“.

Daraus folgt eine Grenze, die oft übersehen wird: Der Betrag des Unterdrucks kann den Umgebungsdruck nicht überschreiten. Der größtmögliche Unterdruck ist das Vakuum, und an der Wasseroberfläche sind das gegenüber rund 1 bar Atmosphäre eben höchstens 1 bar. Ein „Druck von minus 3 bar“ existiert nicht — was existiert, ist eine Druckdifferenz von 3 bar, und die braucht einen entsprechend hohen Umgebungsdruck als Bezug.

Der Bezugsdruck unter Wasser ist nicht die Atmosphäre

Das ist der Punkt, an dem beim Tauchen die meisten Denkfehler entstehen. Unter Wasser ist der Bezug nicht der Luftdruck an der Oberfläche, sondern der Umgebungsdruck in der jeweiligen Tiefe.

Ein Beispiel: In 30 Metern beträgt der Absolutdruck rund 4 bar. Herrscht in einem eingeschlossenen Gasraum — sagen wir einer nicht ausgeglichenen Maske — nur der Druck aus 25 Metern, also rund 3,5 bar, dann liegt dort ein Unterdruck von 0,5 bar vor. Absolut ist der Druck in dieser Maske immer noch dreieinhalbmal so hoch wie an Land. Das Gewebe spürt trotzdem einen Sog, weil es die 4 bar von außen gegen 3,5 bar von innen drücken. Der Unterdruck ist eine Differenz, kein Zustand.

Weil das Wasser den Druck mit jedem Meter Abstieg weiter erhöht, wächst dieser Unterdruck von selbst, solange man tiefer geht und nichts nachführt. Das ist der Grund, warum der Druckausgleich beim Abstieg früh und oft erfolgen muss und nicht erst, wenn es zwickt.

Wo beim Tauchen Unterdruck auftritt

1. In gasgefüllten Körperräumen beim Abstieg. Das Lehrbuch für Forschungstaucher von König und Lipp führt die Unterdruckbarotraumen systematisch auf: Mittelohr, Innenohr, Nasennebenhöhlen, Außenohr unter einer zu engen Kopfhaube, Zähne unter schadhaften Füllungen, das Maskenbarotrauma und Hautquetschungen in den Falten eines Trockenanzugs. Der Mechanismus ist überall derselbe: Ein starrer Hohlraum kann die negative Druckdifferenz „nur durch Schwellung der Schleimhaut und durch Einstrom von Flüssigkeit (Blut, Gewebsflüssigkeit)“ verkleinern. Für das Trommelfell nennt dieselbe Quelle eine konkrete Schwelle: Bei Druckdifferenzen über 0,15 bar trete häufig eine Perforation auf.

2. Im Atemregler. Die zweite Stufe eines Lungenautomaten öffnet nicht auf Knopfdruck, sondern weil der Taucher beim Einatmen im Gehäuse einen geringen Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck erzeugt; die Membran wird nach innen gezogen und gibt das Ventil frei. Wie groß dieser Ansaugunterdruck sein muss, ist ein wesentlicher Teil dessen, was als Atemwiderstand spürbar wird.

3. Beim Ansaugen. Hebesäcke, Absaugvorrichtungen und der Ansaugtrakt eines Kompressors arbeiten ebenfalls mit Unterdruck gegenüber ihrer Umgebung.

Abgrenzungen

Unterdruck und Sog. Die Wikipedia trennt den statisch betrachteten Unterdruck von der dynamischen Wirkung eines Fluidstroms, die als Sog bezeichnet wird. Umgangssprachlich wird beides vermischt.

Unterdruck und „Squeeze“. Squeeze ist das englische Wort für das Schadensbild — mask squeeze, ear squeeze, suit squeeze. Der Unterdruck ist die physikalische Größe dahinter. Jeder Squeeze beruht auf einem Unterdruck; nicht jeder Unterdruck führt zu einem Squeeze, denn genau dafür gibt es den Druckausgleich.

Warum wird die Plastikflasche unter Wasser eingedrückt?
Weil sie beim Verschließen an der Oberfläche den dortigen Luftdruck einschließt. Mit jedem Meter Abstieg steigt der Druck von außen, während innen der alte Druck bleibt — die Differenz ist der Unterdruck, und die Flaschenwand gibt nach. Es ist dieselbe Physik wie beim Maskenbarotrauma, nur ohne Gewebe.
Kann Unterdruck auch beim Aufstieg entstehen?
Im eingeschlossenen Gasraum nicht — beim Aufstieg sinkt der Umgebungsdruck, das eingeschlossene Gas hat dann Überdruck. Deshalb sind die Aufstiegsverletzungen andere: Lungenüberdruckunfall und Umkehrblockierung statt Squeeze.
Wie viel Unterdruck hält ein Trockenanzug aus?
Der Anzug selbst ist nicht das Problem, sondern die Haut in den Falten. Gegen den Anzugsqueeze wird während des Abstiegs über das Einlassventil Luft nachgeführt. Eine belegte Zahl für eine Grenze habe ich nicht gefunden; maßgeblich ist in der Praxis, dass man den Anzug spürbar drücken fühlt, bevor Striemen entstehen.

Quellen