Der Taucher Shayne Pemberton aus Richardson, Texas, hat in seinem Teich ein wenig herumgespielt. Er f\u00fcllte ein Glas mit Wasser, hob das geschlossene Ende \u00fcber die Wasseroberfl\u00e4che und ein Fisch schwamm nach oben in das Glas.
Ein 18-Meter-hohes Glas Wasser ist wie ein Quecksilberbarometer, mit dem man den atmosph\u00e4rischen Druck misst. Das eigentlich Barometer ist ein Glasrohr mit etwa einem Viertel Zoll (6,35 mm) Durchmesser, gef\u00fcllt mit Quecksilber, das offen ist und sich auf dem Kopf stehend in einem kleinen Pool von Quecksilber befindet. <\/p>\n
Das Quecksilber im oberen Ende des R\u00f6hrchens f\u00e4llt etwa ein Zoll unter das verschlossene, obere Ende und befindet sich etwa auf einer H\u00f6he von 30 Zoll (76 cm) \u00fcber der Oberfl\u00e4che des Quecksilberpools. Die L\u00e4nge der S\u00e4ule entspricht einem bestimmten Druck – dem atmosph\u00e4rischen oder barometrischen Druck – mit 14,7 Pfund pro Quadratzoll (psia =pounds-force per square inch absolute). Wenn ein Sturm vorbei zieht oder das Barometer auf einen Berg getragen wird (das taten die Naturphilosophen im 17. Jahrhundert), f\u00e4llt die H\u00f6he der Quecksilbers\u00e4ule ab, da der barometrische Druck sinkt. Die Quecksilbers\u00e4ule befindet sich \u00fcber dem Quecksilberpool, da der Atmosph\u00e4rendruck an der Oberfl\u00e4che des Pools sie in der R\u00f6hre nach oben dr\u00fcckt. Der scheinbar „leere“ Bereich im oberen der S\u00e4ule ist in Wirklichkeit mit Quecksilberdampf gef\u00fcllt.
<\/p>\n
Um diesen Punkt darzustellen, k\u00f6nnte man ein Barometer auch mit Salzwasser anstelle von Quecksilber f\u00fcllen (K\u00f6rperkontakt mit Quecksilber sollte vermieden werden, da es giftig ist). W\u00fcrde man das geschlossene Ende eines mit Salzwasser gef\u00fcllten R\u00f6hrchens langsam \u00fcber den Meeresspiegel anheben, w\u00fcrde es komplett mit Wasser gef\u00fcllt bleiben, bis es eine H\u00f6he von 10 Metern erreicht. \u00dcber dieser H\u00f6he w\u00fcrde das Salzwasser beginnen, sich vom Ende des R\u00f6hrchens weg zu bewegen und auf 10 Metern verbleiben und nicht weiter aufsteigen, egal wie hoch man das R\u00f6hrchen auch anheben w\u00fcrde. W\u00e4re das Rohr gro\u00df genug, um darin zu tauchen, w\u00fcrde ein Taucher bemerken, dass der Druck beim Aufsteigen immer mehr abnimmt. Genauso funktioniert ein uecksilberbarometer, nur dass die Fl\u00fcssigkeit hier kein Wasser ist. Es wurden tats\u00e4chlich schon S\u00fc\u00dfwasserbarometer hergestellt, aber statt 10 Meter waren sie 11 Meter hoch: 11 Meter S\u00fc\u00dfwasser = 1 Atmosph\u00e4re Druck = 76 cm Quecksilber = 10 Meter Salzwasser. Der leere Bereich im oberen der S\u00e4ule ist gef\u00fcllt mit Wasserdampf mit einem Druck von 0,05 Atmosph\u00e4ren (atm).
<\/p>\n
Die Saugpumpe<\/strong> W\u00fcrde der Taucher auf 7 Meter hinauf schwimmen, w\u00fcrde der Druck auf 0,3 atm abfallen, was einer H\u00f6he von 9.144 Meter entspricht. Der Gipfel des Mount Everest ist etwa 8.839 Meter hoch und der Anzug eines Astronauten hat die Druckentsprechung von einer H\u00f6he von 9.235 Meter. Dieser Taucher befindet sich in einer k\u00fcnstlichen Welt mit zwei sehr unwahrscheinlichen Tauchproblemen. Erstens w\u00fcrde ein Taucher, der auf 7 Meter H\u00f6he in der Wassers\u00e4ule Luft atmet, aufgrund unzureichender Sauerstoffversorgung (Hypoxie) ohnm\u00e4chtig werden, da der Sauerstoffpartialdruck auf 9.144 Meter H\u00f6he nur 0,06 atm betr\u00e4gt. Dies entspricht 6 Prozent auf Meeresspiegelh\u00f6he. Um eine Hypoxie zu vermeiden, ist der Raumanzug eines Astronauten mit reinem Sauerstoff gef\u00fcllt. Zweitens w\u00fcrde der Taucher aufgrund der H\u00f6he an Symptomen der Dekompressionskrankheit (DCS) leiden, die ihn au\u00dfer Gefecht setzen und sogar zum Tode f\u00fchren k\u00f6nnten, da der Stickstoff in seinem Gewebe Bl\u00e4schen bilden w\u00fcrde. Um die Dekompressionskrankheit zu vermeiden, atmen Astronauten bis zu vier Stunden lang reinen Sauerstoff auf Meeresspiegelh\u00f6he. Dadurch soll der in ihrem K\u00f6rper gel\u00f6ste Stickstoff eliminiert werden, bevor eine Dekompression auf den Druck des Raumanzugs stattfindet. Denken wir \u00fcber diese k\u00fcnstliche Welt nach: Eine S\u00e4ule mit komprimierbarer Luft von mehr als 330.480 Metern H\u00f6he wurde ersetzt durch eine 10-Meter-hohe S\u00e4ule mit inkomprimierbarem Salzwasser. Jede S\u00e4ule \u00fcbt auf die Oberfl\u00e4che des Meeres das gleiche Gewicht aus. Tauchen in einem Wasserbarometer w\u00e4re ein kluger Weg, um etwas \u00fcber atmosph\u00e4rische Druckdifferenz und absoluten Druck zu lernen – w\u00e4ren da nicht Hypoxie und DCS. Kochend kalt Warum ist die S\u00e4ulenh\u00f6he in einem S\u00fc\u00dfwasserbarometer auf 10 Meter begrenzt und warum kann Wasser nicht aus einer gr\u00f6\u00dferen Tiefe als 11 Meter aus einem S\u00fc\u00dfwasserbrunnen gepumpt werden? Das liegt am Siedepunkt. Bei Raumtemperatur (22°C) liegt der Wasserdampfdruck bei 0,05 atm oder 0,7 psi. Erhitzt man Wasser,steigt der Druck des Dampfes und wenn die Temperatur 100°C erreicht, liegt der Dampfdruck bei 14,7 psi oder 1 atm. Das Wasser kocht also, wenn der Dampfdruck gleich dem absoluten Druck ist. Das kann man sich auch anders vorstellen. Wenn man auf einen Berg steigt, kocht das Wasser bei geringerem (Dampf-)Druck, da der barometrische Druck geringer ist. Das Gegenteil ist der Fall in einem Dampfkochtopf, in dem man den Druck im Inneren erh\u00f6ht, um den Siedepunkt auf eine h\u00f6here Temperatur zu ver\u00e4ndern. Dekompressionsbl\u00e4schen Auch \u00fcber die Bl\u00e4schen, die sich w\u00e4hrend der Dekompression bilden, kann man hier etwas lernen. Die Blasen bilden sich, wenn die Summe aller Partialdruckwerte der gel\u00f6sten Gase (Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Helium etc.) – plus den Wasserdampfdruck – den absoluten Druck \u00fcbersteigt. Dieses Ph\u00e4nomen nennt man „\u00dcbers\u00e4ttigung“. Beim Tauchen ist aber im Gegensatz zum Kochen der Wasserdampfdruck viel geringer als der Partialdruck des gel\u00f6sten Stickstoffs, also verursacht der Stickstoff, und nicht der Wasserdampf, Bl\u00e4schenbildung. <\/p>\n Einige Dekompressionstheoretiker behaupten, dass es m\u00f6glich ist, einem h\u00f6heren \u00dcbers\u00e4ttigungsniveau standzuhalten, bevor sich Blasen in Blut und Gewebe bilden, aber dieses Niveau ist nur um ein Geringes h\u00f6her, falls es \u00fcberhaupt existiert. „Stille“ Blasen, die keine DCS-Zeichen oder -Symptome verursachen, k\u00f6nnen selbst nach den trivialsten Tauchg\u00e4ngen erscheinen. Bei der Ultraschalluntersuchung auf Blasen werden bei Menschen regelm\u00e4\u00dfig Blasen auf einem \u00dcbers\u00e4ttigungsniveau von nur 0,4 atm (6 psi; 12 fsw\/4 msw) festgestellt. Das hohe \u00dcbers\u00e4ttigungsniveau der Dekompressionstheorie steht wohl f\u00fcr stille Blasen, die zu klein oder ung\u00fcnstig lokalisiert sind, so dass sie keine Symptome verursachen. Man kann aber \u00fcber die Blasenbildung etwas noch Ausgefalleneres lernen: Wasserdampf verl\u00e4sst die Wasseroberfl\u00e4che nur, wenn diese direkt an eine Gasoberfl\u00e4che anschlie\u00dft. G\u00e4be es im Wasserbarometer keine Gasoberfl\u00e4che, w\u00e4re es unm\u00f6glich, dass die Wassers\u00e4ule Tausende von Metern nach oben steigt und dort verbleibt. Auch wenn es seltsam klingt, aber der Druck im oberen Bereich der S\u00e4ule w\u00e4re Hunderte von Atmosph\u00e4ren geringer als der atmosph\u00e4rische Druck. Dies wurde experimentell nachgewiesen mit sehr klarem Wasser und mit \u00fcberhitztem Wasser, das nicht kocht, auch wenn der Dampfdruck Hunderte Mal h\u00f6her ist, als der atmosph\u00e4rische Druck. Wenn sich schlie\u00dflich eine reine Wasserdampfblase bildet, hat das Wasser seine „Zugfestigkeit“ erreicht und bricht oder rei\u00dft auseinander. Dies wird auch de novo Blasenbildung genannt, d.h. die Blasen entstehen „aus nichts“. In der Realit\u00e4t bilden sich Blasen aber eigentlich immer „aus etwas“, und dieses Etwas ist ein kleiner gasgef\u00fcllter Hohlraum, sei es im Meer oder in unserem K\u00f6rper. Wer hat eigentlich behauptet, dass Physik langweilig ist?<\/p>\n \u00dcber den Autor<\/strong><\/p>\n Richard Vann promovierte am Duke Center for Diving Medicine and Environmental Physiology in Biomedizintechnik. Er untersuchte die Blasenbildung und den Austausch von Inertgasen. Er entwickelte Dekompressionsprozesse, die von Forschungstauchern und Astronauten der Space Station auf Au\u00dfenbordeins\u00e4tzen angewandt werden. Vann ist Vizepr\u00e4sident im Bereich Forschung bei DAN<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Der Taucher Shayne Pemberton aus Richardson, Texas, hat in seinem Teich ein wenig herumgespielt. Er f\u00fcllte ein Glas mit Wasser, hob das geschlossene Ende \u00fcber…<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":11373377,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[389],"tags":[],"authors":[1629],"class_list":["post-11386854","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-artikel","authors-richard-vann-de_de"],"acf":[],"yoast_head":"\n
Ein Wasserbarometer und eine Saugpumpe haben viel gemeinsam. Wenn man den oberen Teil des Barometers \u00f6ffnet, so dass der Umgebungsdruck eindringen kann, f\u00e4llt das Wasser zur\u00fcck auf Meeresspiegelh\u00f6he. Nun verschlie\u00dft man den oberen Bereich wieder und erstellt mithilfe einer Saugpumpe ein Vakuum, indem man das Salzwasser zur\u00fcck in das R\u00f6hrchen zieht. Das Wasser steigt auf 10 Meter an und bleibt auf dieser H\u00f6he. In einem S\u00fc\u00dfwasserbrunnen ist es unm\u00f6glich, Wasser aus einer gr\u00f6\u00dferen Tiefe als 11 Meter zu pumpen, ebenso wie das Wasser in einem S\u00fc\u00dfwasserbarometer nicht h\u00f6her als 11 Meter steigt – mehr zu den Gr\u00fcnden, warum dies so ist, sp\u00e4ter. Tauchen in gro\u00dfer H\u00f6he Was ist mit dem Fisch passiert, der in das Glas in Shayne Pembertons Teich schwamm, und was w\u00fcrde einem Taucher in einem Wasserbarometer passieren? Zuerst m\u00fcssen wir bedenken, dass der Druck auf Meeresspiegelh\u00f6he am unteren Ende der Wassers\u00e4ule 1 atm betr\u00e4gt, w\u00e4hrend er 10 Meter weiter oben bei 0,05 atm liegt (der Druck von Wasserdampf). W\u00fcrde der Taucher die Wassers\u00e4ule auf 5 Meter hinauf schwimmen, w\u00fcrde der absolute Druck auf 0,5 atm fallen. Dies entspricht dem barometrischen Druck auf einer H\u00f6he von 5.486 Meter.
<\/p>\n
<\/p>\n
<\/p>\n
<\/p>\n