Duiktheorie op een bierviltje

We hebben het allemaal moeten leren: duiken. Of misschien sta je net op het punt om ermee te beginnen. Dan staat je een spannende reis te wachten. 

Leren duiken betekent dat je een aantal praktische vaardigheden onder de knie krijgt, maar ook dat je enige theoretische kennis opdoet. Bij de meeste sporten – zoals skiën, surfen, tennissen of kajakken – leer je vooral door te oefenen. Alleen bij een paar activiteiten, zoals vliegen, parachutespringen of zeilen, speelt theorie ook een duidelijke rol. Duiken hoort in dat rijtje thuis, en misschien wel meer dan welke andere sport ook.

In de praktijk leer je bijvoorbeeld hoe je je ademautomaat en masker schoonblaast, hoe je je oren klaart, hoe je lucht deelt in een out-of-air-situatie, hoe je efficiënt met vinnen zwemt en hoe we met handsignalen met elkaar communiceren. Maar leren duiken betekent ook dat je begrijpt wat er gebeurt als je onder water gaat: hoe diepte en waterdruk toenemen, wat dat doet met het volume en de dichtheid van de lucht die we ademen, en hoe ons lichaam daarop reageert. Dat geheel noemen we duiktheorie.

Duiktheorie lijkt soms ingewikkeld. Tabellen, computers, gaswetten, veiligheidsregels… Maar de basis van duiken is eigenlijk verrassend eenvoudig. Als je de belangrijkste principes begrijpt, kun je bijna alles in het duiken herleiden tot een paar simpele regels. Sterker nog: de essentie van duiktheorie past eigenlijk op een bierviltje. Letterlijk — kijk maar.

Als je al hebt leren duiken, zul je dit bierviltje waarschijnlijk meteen begrijpen. Bij bijna elk woord of getal kun je wel een herinnering uit je duikopleiding ophalen. En als dat niet zo is… dan is het misschien tijd voor een kleine opfriscursus. 😉 Als je nog niet hebt leren duiken, duizelt het je misschien even. Maar eigenlijk is het geruststellend: veel meer dan dit is er niet te leren.

Voordat we beginnen, eerst even een opmerking voor onze lezers uit landen (lees: dat ene grote land) waar nog met het imperiale stelsel wordt gerekend. In de duikwereld wordt meestal gewerkt met bar, meters en liters. Dat is geen toeval: in het metrische systeem worden de relaties tussen druk, volume en gasverbruik veel eenvoudiger. Wie in meters, bar en liters rekent ziet vrijwel meteen hoe alles samenhangt. Dezelfde berekeningen worden in feet, psi en cubic feet ongelooflijk veel ingewikkelder. Veel serieuze duikers stappen daarom vroeg of laat toch over op het metrische systeem — al was het maar omdat het de duikplanning overzichtelijker en minder foutgevoelig maakt.

Ik kan je zelfs een verhaal vertellen over twee beginnende duikers die het bijna met hun leven hebben moeten bekopen omdat ze, in een moment van Amerikaanse naïviteit, 60 meter voor 60 voet hebben genomen. Een vergissing met het opmerkelijke vermogen om iemands begrip van het metrische stelsel plotseling sterk te verbeteren.

Dus als je als Amerikaanse duiker een instructeur tegenover je krijgt die wel goed Engels spreekt, maar niet feilloos in feet, psi en Fahrenheit kan rekenen, zucht dan niet, maar prijs je gelukkig. Misschien redt dit ooit je leven wel.

Alles begint met druk

Laten we bij het begin beginnen: druk neemt toe met de diepte. Onder water neemt de druk namelijk snel toe. Aan de oppervlakte is de druk ongeveer 1 bar. Ga je naar 10 meter diepte, dan verdubbelt die druk tot ongeveer 2 bar. Op 20 meter is de druk ongeveer 3 bar, op 30 meter 4 bar, en op 40 meter ongeveer 5 bar.

De vuistregel voor duikers is daarom eenvoudig: elke 10 meter dieper betekent ongeveer 1 bar extra druk. Die toenemende druk heeft invloed op bijna alles wat je onder water ervaart — van het volume van lucht tot je luchtverbruik en hoe je lichaam met gassen omgaat.

Daarmee hebben we de eerste twee kolommen op het bierviltje meteen te pakken. Vergelijk dit nu eens met het bierviltje daarnaast in het imperiale stelsel. Zie je het verband? Per 10 voet komt er dus ongeveer 4,45 psi bij. Ga dat maar eens in je hoofd uitrekenen.

Amerikaanse handboeken gebruiken daarom meestal een truc. In plaats van dieptes te nemen die voor duikers betekenis hebben (zoals hierboven), vertalen ze de metrische dieptes 10, 20, 30 en 40 meter naar voeten. Dat levert 32.8, 65.6, 98.4 en 131.2 voet op. Die worden vervolgens afgerond naar 33, 66, 99 en 130 voet. En in plaats van de druk in de gebruikelijke drukeenheid psi weer te geven, introduceren ze ATA (Atmospheres Absolute) — een eenheid die buiten de duikfysiologie nauwelijks wordt gebruikt en die vrijwel gelijk is aan bar, maar toch ook weer net niet (1 ATA = 1,01325 bar). Je krijgt dan de tabel in het rechter-bierviltje hierboven. Het resultaat ziet er ineens weer verrassend overzichtelijk uit.

We zullen je verder niet vermoeien met meer rekenkunst in het imperiale stelsel. Voor de praktijk van het duiken blijkt het metrische systeem simpelweg beter aan te sluiten op de natuurkunde onder water. Dat is ook de reden waarom de meeste duikers wereldwijd uiteindelijk toch met meters, bar en liters gaan rekenen — ook wanneer ze hun eerste duikopleiding ooit in feet en psi hebben geleerd. Toch blijven Amerikaanse duikers vaak opvallend verknocht aan het imperiale stelsel. Zo sterk zelfs dat een bepaalde trainingsorganisatie in het duiken in alle vertalingen van haar lesmateriaal ook de imperiale maten blijft vermelden — alsof feet en psi universele eenheden zijn!

Bar is de eenvoudigste eenheid om druk mee uit te drukken. 1 bar is ongeveer gelijk aan de normale atmosferische druk op zeeniveau. En per 10 meter komt er 1 bar druk bij. Het valt ook op dat het rijtje maar tot 40 meter loopt. Dat is niet toevallig: voor recreatieve duikers ligt daar ongeveer de maximale diepte. Dieper duiken valt onder het technisch duiken. Technische duikers gaan vaak met meerdere tanks – soms drie, vier of nog meer – en met extra uitrusting het water in. Daarvoor zijn aparte opleidingen, gespecialiseerde apparatuur en vaak ook andere ademgassen nodig. Het gewone recreatieve duiken is veel eenvoudiger: meestal met één tank op je rug en gewone lucht als ademgas.

Boyle: lucht wordt samengedrukt

Wat betekent dat in de praktijk? De toenemende druk onder water heeft direct invloed op de lucht die we ademen. Wanneer de druk toeneemt, wordt lucht namelijk samengedrukt. Een eenvoudige regel is: als de druk verdubbelt, halveert het volume van lucht. Dat betekent bijvoorbeeld dat een luchtbel op 10 meter diepte nog maar ongeveer de helft van zijn volume heeft. Op 20 meter is dat ongeveer een derde, en op 30 meter nog ongeveer een kwart van het volume aan de oppervlakte. Dit verschijnsel staat bekend als de wet van Boyle: wanneer de druk op een gas toeneemt, neemt het volume af. Voor duikers heeft dat allerlei praktische gevolgen. Tijdens de afdaling moet je bijvoorbeeld regelmatig je oren klaren, omdat de lucht in je middenoor ook wordt samengedrukt.

De wet is vernoemd naar Robert Boyle, een Ierse natuurkundige en filosoof die deze relatie tussen druk en volume al in de 17e eeuw beschreef — lang voordat er sprake was van duiken met perslucht zoals we dat vandaag kennen. Boyle deed dit onderzoek vooral uit wetenschappelijke nieuwsgierigheid, maar zijn ontdekking had al snel praktische gevolgen. Ze hielp wetenschappers begrijpen hoe luchtdruk werkt en hoe gassen zich gedragen, kennis die later werd toegepast in instrumenten zoals barometers en honderden jaren later ook in technologieën zoals compressoren en duikapparatuur.

Dit past natuurlijk allemaal niet op dat bierviltje, en gelukkig hoef je het ook niet allemaal te onthouden. Als je iets wilt onthouden, onthou dan gewoon de naam Boyle. Of nog beter: onthou het principe dat het volume van een gas afneemt wanneer de druk toeneemt. Daarmee hebben we meteen de derde kolom van het bierviltje te pakken. Het volume van een gas is namelijk omgekeerd evenredig met de druk: hoe hoger de druk, hoe kleiner het volume – en omgekeerd: hoe lager de druk, hoe groter het volume.

Dat heeft ook een heel praktisch gevolg voor ons duikers. Wanneer we opstijgen, zet lucht uit. Kijk maar eens goed naar de bubbels die jij of je buddy uitademt. Terwijl ze opstijgen naar de oppervlakte worden ze steeds groter. Vaak zie je zelfs dat een bubbel zich splitst in kleinere bubbels, die vervolgens ook weer groter worden terwijl ze verder opstijgen. Dit is ook de reden dat je tijdens het duiken met perslucht nooit je adem mag inhouden. Als je je adem inhoudt tijdens een opstijging, kan de lucht niet uit je longen ontsnappen terwijl ze uitzet. Daardoor kan er een longoverdrukverwonding ontstaan. Als je verder komt in je duikcarrière leer je dat er verschillende vormen van longoverdrukverwonding bestaan:

• Arteriële gasembolie – luchtbellen komen via beschadigd longweefsel in de bloedbaan terecht en kunnen de bloedsomloop naar hersenen of andere organen blokkeren (arterieel betekent slagaderlijk, en embolie betekent letterlijk iets dat naar binnen wordt geworpen — dus samen: iets (zoals een luchtbel) dat in de slagaders wordt “ingeschoten” en daar blijft steken).
• Pneumothorax of klaplong – lucht (pneuma) ontsnapt uit de longen naar de borstholte (thorax), waardoor een long gedeeltelijk of volledig kan inklappen.
• Mediastinaal emfyseem – lucht komt terecht in de ruimte tussen de longen rond het hart en de grote bloedvaten. Deze ruimte noemen artsen het mediastinum.
• Subcutaan emfyseem – lucht verspreidt zich onder de huid (subcutaan betekent gewoon “onderhuids”), meestal rond hals en sleutelbeen.

Het woord emfyseem komt uit het Grieks: em- (ἐν) betekent “in” en fysein (φυσᾶν) betekent “blazen”. Letterlijk betekent het dus “van binnen opgeblazen” — precies wat er gebeurt wanneer lucht uit de longen ontsnapt en zich ophoopt in weefsel waar normaal geen lucht zit. Maar ook dat hoef je niet allemaal uit je hoofd te leren. Als je maar één ding onthoudt, dan is het dit: houd nooit je adem in tijdens het duiken. Of nog eenvoudiger: blijf altijd ademen. Dat is misschien wel de belangrijkste regel van het duiken. En eigenlijk ook een goede regel voor de rest van je leven: wat er ook gebeurt, blijf altijd ademen. Als je dat doet, is de kans groot dat je heel oud wordt. 😉

Dichtheid: waarom je op diepte meer lucht verbruikt

De toenemende druk onder water heeft nog een belangrijk gevolg: lucht wordt dichter. Dat betekent dat je met elke ademteug op diepte meer gasmoleculen inademt dan aan de oppervlakte. Dat heeft te maken met de relatie tussen druk, volume en dichtheid. Wanneer de druk toeneemt en het volume afneemt, neemt de dichtheid toe. Met andere woorden: druk en dichtheid zijn recht evenredig, terwijl volume en dichtheid omgekeerd evenredig zijn. Je kunt dat ook zien aan de getallen. Als je de waarden uit de derde en de vierde kolom van het bierviltje met elkaar vermenigvuldigt, kom je steeds op 1 uit.

Dat hebben we ook schematisch weergegeven met de ballon in het bierviltje. De tien gele en blauwe bolletjes hebben in de bovenste ballon, aan de oppervlakte, veel meer ruimte dan in de ballonnen daaronder. Naarmate de druk toeneemt, komen de luchtdeeltjes steeds dichter bij elkaar te zitten. Dat is precies wat we bedoelen met dichtheid.

Ik leg het vaak nog eenvoudiger uit. Stel dat je met een groep vrienden onderweg bent in een minibus waar jullie allemaal comfortabel inpassen. Onderweg krijgt de bus pech en worden jullie opgehaald door een kleine auto, bijvoorbeeld een Kia Picanto. Als jullie allemaal samen mee willen in die kleinere auto, kan dat alleen wanneer iedereen dichter op elkaar gaat zitten — letterlijk bij elkaar op schoot.

Dat is precies wat er met lucht gebeurt wanneer de druk toeneemt: dezelfde hoeveelheid lucht moet in een kleinere ruimte passen, waardoor de deeltjes dichter op elkaar komen te zitten. Een direct gevolg daarvan is dat je op diepte meer lucht verbruikt. Je verbruikt dus meer lucht wanneer je dieper duikt. Dat komt doordat de lucht die je inademt onder hogere druk een grotere dichtheid heeft. Met elke ademteug adem je daardoor meer gasmoleculen in dan aan de oppervlakte. Daardoor gaat je luchtvoorraad sneller op.

Het effect is eenvoudig te begrijpen: op 10 meter verbruik je ongeveer 2× zoveel lucht, op 20 meter ongeveer 3× zoveel, op 30 meter ongeveer 4× zoveel, enz. Je zou ook kunnen zeggen dat lucht “duurder” wordt naarmate je dieper duikt: je krijgt er steeds minder duiktijd voor terug. Dat kunnen we schematisch laten zien op een nieuw bierviltje. Dit is natuurlijk een vereenvoudigd voorbeeld, maar het laat goed zien hoe het werkt: hoe dieper je duikt, hoe sneller je luchtvoorraad opraakt.

Wanneer je je persoonlijk luchtverbruik berekent, moet je dit dus koppelen aan de gemiddelde diepte van je duik. Je persoonlijk luchtverbruik wordt vaak aangeduid met de termen RMV of SAC. In de praktijk bedoelen duikers daarmee meestal hetzelfde: hoeveel lucht je per minuut verbruikt, omgerekend naar de omstandigheden aan de oppervlakte. In het metrische systeem drukken we dat eenvoudig uit in liter per minuut.

Dalton: de totale druk is de som van alle gassen

Lucht bestaat uit verschillende gassen, vooral stikstof en zuurstof. Volgens de wet van Dalton oefent elk van die gassen zijn eigen druk uit. De totale druk is simpelweg de som van al die afzonderlijke drukken. Dalton in één zin: elk gas draagt bij aan de totale druk — en die bijdrage neemt toe met de diepte.

Droge lucht bestaat voor ongeveer 20,9% uit zuurstof (O₂) en voor 78,1% uit stikstof (N₂). De overige 1% bestaat uit argon en andere edelgassen, koolstofdioxide (CO₂), waterstof (H₂) en nog een reeks andere moleculen, maar dat laten we hier verder buiten beschouwing. We zeggen voor het gemak dus dat lucht bestaat uit ongeveer 21% zuurstof en 79% stikstof.

Op 1 bar bestaat lucht dus uit 0,21 bar zuurstof en 0,79 bar stikstof. Als we op 10 meter diepte lucht inademen bij 2 bar, bestaat die ingeademde lucht dus uit 0,42 bar zuurstof en 1,58 bar stikstof, enzovoort. Daarmee hebben we de vijfde kolom van het bierviltje te pakken: de hoeveelheid zuurstof (in bar) op verschillende dieptes. In het viltje hieronder laten we die kolom terugkomen, en zetten we ook de hoeveelheid stikstof daarnaast. We zien dat ze samen opgeteld precies de totale druk vormen op die diepte. Beide kolommen laten zien hoeveel druk elk gas afzonderlijk bijdraagt — dat noemen we de partiële druk. De samenstelling van de lucht blijft hetzelfde, maar de druk waarmee elk gas inwerkt op je lichaam wordt groter. Je zou kunnen zeggen dat gassen op diepte ‘sterker werken’ — maar wat er eigenlijk gebeurt, is dat hun partiële druk toeneemt.

• Stikstofnarcose

Dat heeft verschillende gevolgen voor duikers. Zo kan stikstof op grotere diepte een licht verdovend effect hebben, wat we stikstofnarcose of gasnarcose noemen. Het effect daarvan is een beetje te vergelijken met dronkenschap. De eerste symptomen worden door de meeste duikers ervaren vanaf een meter of 30. De symptomen lijken op wat je voelt bij dat eerste glas bier of wijn op een warme zomerdag, wanneer je merkt dat het wel binnenkomt: je wordt wat lichter in je hoofd en misschien wat euforisch — of juist wat angstig. In ieder geval word je er niet scherper van.

Het heet ook niet voor niets narcose (verdoving). Motorisch word je wat onhandiger, je gaat wat langzamer denken en problemen oplossen wordt moeilijker. Op zichzelf is dit niet meteen gevaarlijk, maar als er iets misgaat wil je natuurlijk wel scherp blijven. Gelukkig verdwijnen de effecten meestal snel wanneer je een stukje opstijgt. En je houdt er ook geen kater aan over. Maar als je in plaats daarvan nog dieper gaat, wordt het narcotische effect steeds sterker.

Nu we het toch over alcohol hebben: wat voor rijden onder invloed geldt — don’t drink and drive — geldt natuurlijk ook voor het duiken: don’t drink and dive. Maar goed — terug naar de natuurkunde.

• Zuurstofvergiftiging en je MOD

Op het originele bierviltje noemden we alleen de partiële zuurstofdruk (ppO₂) en niet de partiële stikstofdruk (ppN₂). Voor zuurstof zijn die waarden namelijk belangrijk bij het duiken, terwijl de partiële stikstofdruk voor de meeste recreatieve duiken minder direct een grens bepaalt. De partiële zuurstofdruk mag namelijk niet hoger worden dan ongeveer 1,4 bar. Blootstelling aan hogere waarden brengt een onaanvaardbaar risico op zuurstofvergiftiging met zich mee. Wanneer we met gewone lucht duiken en niet dieper gaan dan 40 meter, is dit eigenlijk alleen een theoretische grens. Met lucht (21% zuurstof) bereik je een partiële zuurstofdruk van 1,4 bar pas rond 56 meter diepte, ruim onder de grens van het recreatieve duiken.

Maar wanneer we met Nitrox duiken — wat ook onder recreatieve duikers populair is — kan die grens wél binnen het recreatieve dieptebereik liggen. Bij Nitrox is namelijk extra zuurstof toegevoegd: we ademen dan bijvoorbeeld 32% of 36% zuurstof in plaats van 21%. Daardoor bereiken we een partiële zuurstofdruk van 1,4 bar al veel eerder, namelijk rond 34 meter met EAN32 en rond 29 meter met EAN36 — dus wél binnen de grenzen van het recreatieve duiken. Wie met Nitrox duikt moet dus goed weten wat zijn of haar Maximum Operating Depth (MOD) is – nog zo’n woord dat op het bierviltje staat.

Als je over je MOD heen gaat, stel je jezelf bloot aan het risico van zuurstofvergiftiging. Je lichaam krijgt dan te veel zuurstof tegelijk binnen. Bij een te hoge partiële zuurstofdruk kan zuurstof een toxisch effect hebben op het centrale zenuwstelsel. De elektrische activiteit in de hersenen raakt daarbij verstoord, wat kan leiden tot een plotselinge epilepsie-achtige aanval — een zogenaamde seizure of convulsie — met ongecontroleerde spiersamentrekkingen of verkrampingen in het hele lichaam. Op land is zo’n aanval al ernstig genoeg, maar onder water is hij bijzonder gevaarlijk: een duiker kan het bewustzijn verliezen of zijn ademautomaat uit de mond verliezen en daardoor verdrinken. Daarom is het belangrijk om altijd goed in de gaten te houden dat je niet voorbij je MOD gaat.

Hoe je die MOD precies berekent, hoe je de lucht die je ademt analyseert en hoe je je computer vervolgens correct instelt voor gebruik met verrijkte lucht, leer je allemaal in de specialty-cursus Enriched Air Nitrox.

• Anglocentrisme

Tot zover Dalton. Dalton was trouwens niet een van de gebroeders Joe, William, Jack en Averell uit de stripverhalen van Lucky Luke, maar John Dalton. Deze Dalton was een Engelse natuur- en scheikundige die leefde rond 1800 en werd niet alleen beroemd om zijn gaswetten, maar ook om zijn bijdragen aan de weerkunde (meteorologie) en aan de studie van kleurenblindheid. Leuk voor een pubquiz, maar verder hoef je dit niet te onthouden. Onthoud gewoon dat lucht een optelsom van verschillende gassen is en dat wanneer de druk toeneemt ook de partiële druk van elk afzonderlijk gas evenredig toeneemt.

In de namen van deze wetten is de duikwereld misschien een beetje anglocentrisch. Wat in de internationale duikliteratuur meestal de wet van Dalton wordt genoemd, wordt in Franstalige teksten vaak aangeduid als de wet van Gay-Lussac of als de wet van Dalton en Gay-Lussac. De Franse natuurkundige Joseph Louis Gay-Lussac deed vergelijkbare experimenten met gassen en partiële drukken en kwam in het eerste decennium van de negentiende eeuw tot vergelijkbare conclusies als Dalton.

De wet van Boyle wordt om een vergelijkbare reden ook wel de wet van Boyle-Mariotte genoemd, om ook erkenning te geven aan de Franse natuurkundige en priester Edme Mariotte, die min of meer gelijktijdig dezelfde relatie tussen druk en volume onafhankelijk beschreef.

Henry: gasopname, decompressie en recompressie

Dit is nog niet het hele verhaal. De verschillende gassen die we inademen worden opgenomen door ons bloed en bereiken via de bloedsomloop al onze lichaamsweefsels. Die weefsels nemen zuurstof op en geven koostofdioxide af. Ook al hebben onze weefsels geen stikstof nodig, toch wordt die afgegeven en opgenomen door onze lichaamsweefsels. Geleidelijk aan hoopt die stikstof zich op in al onze weefsels. Hoe langer en dieper we duiken, hoe meer stikstof ons lichaam opneemt. Dat moeten we ook weer langzaam afgeven, via diezelfde bloedsomploop en onze ademhaling. Daarom is het belangrijk om langzaam op te stijgen en tijdens de opstijging een veiligheidsstop te maken. Zo krijgt het lichaam de tijd om het opgeloste gas weer veilig af te voeren. Dat laatste brengt ons bij het onderwerp van decompressieziekte, maar voordat we daar verder op ingaan, is het goed om even kort samen te vatten waar we tot nu toe staan.

Op het bierviltje staan namelijk vier namen: Archimedes, Boyle, Dalton en Henry. Samen vormen zij eigenlijk de basis van bijna alles wat er onder water gebeurt wanneer we duiken. Archimedes bewaren we voor het laatst. We begonnen met Boyle — de eerste belangrijke gaswet voor het duiken. Zijn wet beschrijft hoe druk en volume met elkaar samenhangen: wanneer de druk toeneemt, neemt het volume van een gas af. Dat verklaart waarom luchtbellen op diepte kleiner worden en weer uitzetten wanneer ze opstijgen — en waarom je tijdens het duiken nooit je adem mag inhouden. We zagen ook dat wanneer het volume afneemt, de dichtheid van lucht toeneemt. Daardoor adem je op diepte bij elke ademteug meer gasmoleculen in en verbruik je dus meer lucht. Hoe dieper je duikt, hoe sneller je luchtvoorraad opraakt. En met Dalton zagen we dat lucht uit verschillende gassen bestaat – vooral stikstof en zuurstof – en dat de totale druk gelijk is aan de som van de afzonderlijke drukken.

En dan is er Henry. William Henry was een arts en scheikundige en niet alleen een tijdgenoot maar ook een stadsgenoot van Dalton. Beide wetenschappers werkten rond 1800 in Manchester in het noorden van Engeland en presenteerden hun onderzoek in dezelfde wetenschappelijke vereniging, de Manchester Literary and Philosophical Society.

De wet van Henry is de derde belangrijke gaswet voor het duiken en beschrijft dat gassen onder hogere druk gemakkelijker oplossen in vloeistoffen — en dus ook in het menselijk lichaam. Tijdens een duik lost stikstof daarom geleidelijk op in je weefsels. Wanneer je weer opstijgt, moet dat gas het lichaam ook weer veilig kunnen verlaten. En precies daar komen we bij het volgende onderwerp: decompressie.

• Decompressieziekte

Zolang je onder druk blijft, blijft het gas netjes opgelost in je lichaam. Maar wanneer de druk afneemt tijdens het opstijgen, wil dat opgeloste gas weer uit de oplossing komen. Dat gebeurt normaal gesproken geleidelijk via het bloed en de longen, waarna het simpelweg wordt uitgeademd.

Als de druk echter te snel afneemt, kan het gas niet snel genoeg via de bloedcirculatie en de longen worden afgevoerd en kunnen er gasbelletjes ontstaan in weefsels en bloedvaten. Uit de wet van Henry volgt dat er tijdens een duik meer stikstof in het lichaam oplost naarmate je langer en dieper onder druk blijft. Stijg je daarna te snel op, dan kan dat opgeloste gas niet gecontroleerd via de longen worden uitgeademd en komt het onderweg uit oplossing als belletjes. Dat proces lijkt een beetje op wat er gebeurt wanneer je een fles frisdrank opent: zolang de fles gesloten blijft, blijft het koolzuur opgelost in de vloeistof. Maar zodra de druk wegvalt, ontstaan er overal kleine belletjes. Wanneer zulke belletjes in het lichaam klachten veroorzaken, spreken we van decompressieziekte (vaak afgekort als DCZ, of in het Engels DCS – Decompression Sickness).

Een factor die daarbij vaak wordt onderschat is hydratatie — of gewoon: voldoende water drinken. Duiken kan ongemerkt uitdrogend werken. Zon, zout water, kou en het ademen van droge perslucht zorgen ervoor dat je sneller vocht verliest dan je denkt. Wanneer het lichaam uitdroogt wordt het bloed iets stroperiger en verloopt het transport van opgeloste gassen door het lichaam minder efficiënt. Daarom luidt een eenvoudige maar belangrijke vuistregel: drink voldoende water vóór en na het duiken.

Die belletjes kunnen op verschillende manieren schade veroorzaken. Ze kunnen bijvoorbeeld zenuwen irriteren of beschadigen, pijn in gewrichten en spieren veroorzaken, en de bloedcirculatie verstoren door kleine bloedvaten deels te blokkeren. Ook de huid kan worden getroffen. Sommige duikers krijgen jeuk, een rode of gevlekte uitslag, of een gemarmerd patroon op de huid. Dat noemen we ook wel skin bends of cutane decompressieziekte. Zo’n huidverschijnsel lijkt soms onschuldig, maar moet wel serieus worden genomen, omdat het een teken kan zijn dat er elders in het lichaam ook bellen ontstaan.

• Eerste hulp en de recompressiekamer

In de duikgeneeskunde wordt decompressieziekte traditioneel onderverdeeld in twee typen. Type I DCS omvat de mildere vormen van decompressieziekte. Daarbij gaat het vooral om klachten van huid, spieren en gewrichten. De bekendste vorm is de klassieke “bends”, pijn in de gewrichten die ontstaat door gasbelletjes in of rond het gewricht. Ook huidverschijnselen, zoals jeuk, uitslag of een gemarmerd patroon op de huid (skin bends), vallen meestal onder type I. Type II DCS betreft de ernstigere vormen van decompressieziekte. Hierbij zijn vaak het zenuwstelsel, het binnenoor of de longen betrokken. Dat kan leiden tot verschijnselen zoals verlammingen, gevoelsstoornissen, evenwichtsproblemen of ademhalingsklachten. Deze vormen vereisen altijd snelle medische behandeling.

In de praktijk nemen duikers echter alle vormen van decompressieziekte serieus. Ook klachten die op het eerste gezicht mild lijken, kunnen een aanwijzing zijn dat er ergens in het lichaam gasbelletjes ontstaan. De eerste hulp bij een vermoeden van decompressieziekte (DCS) is altijd het toedienen van zuivere zuurstof. Duikscholen hebben daarom altijd zuurstofapparatuur beschikbaar. Tijdens EHBO-cursussen die door duikorganisaties worden gegeven — zoals React Right — leer je ook hoe je noodzuurstof op de juiste manier toedient.

Zuurstof is niet alleen belangrijk bij decompressieziekte. Ook bij andere duikgerelateerde problemen, zoals longoverdrukverwondingen (die we eerder al noemden), is het toedienen van zuurstof vaak een belangrijk eerste hulpmiddel. Vervolgens is verdere medische beoordeling en behandeling cruciaal. In het ziekenhuis wordt een duiker met mogelijke decompressieziekte meestal behandeld door een duikarts, vaak op een afdeling voor hyperbare geneeskunde. Hyperbaar betekent letterlijk “onder verhoogde druk”, wat verwijst naar de behandeling in een druk- of recompressiekamer.

Een recompressiekamer (ook wel hyperbare kamer of drukkamer) is een ruimte waarin de luchtdruk kunstmatig kan worden verhoogd. In zo’n kamer wordt de patiënt weer onder druk gebracht — meestal tot een druk die vergelijkbaar is met een duik van ongeveer 18 meter diepte (ongeveer 2,8 bar). Dat heeft twee belangrijke effecten:

1. De gasbelletjes worden kleiner
   Volgens de wet van Boyle worden gasbellen kleiner wanneer de druk toeneemt. Daardoor nemen ze minder ruimte in en veroorzaken ze minder schade in weefsels of bloedvaten.
2. Stikstof kan weer oplossen en het lichaam verlaten
   Door de hogere druk en de tijd die de behandeling duurt, krijgt het lichaam de kans om het opgeloste stikstofgas geleidelijk via het bloed en de longen af te voeren.

Tijdens de behandeling ademt de patiënt meestal 100% zuurstof. Dat versnelt de afvoer van stikstof uit het lichaam en zorgt ervoor dat weefsels die tijdelijk minder zuurstof krijgen toch voldoende zuurstof ontvangen.

Van duiktabellen naar duikcomputers

Tot nu toe hebben we vooral gekeken naar wat er fysiologisch in het lichaam gebeurt tijdens een duik. Door de wet van Henry weten we dat stikstof onder druk in onze weefsels oplost en dat dat gas bij het opstijgen weer veilig moet worden afgevoerd. De volgende vraag is natuurlijk: hoe weten duikers hoeveel stikstof hun lichaam heeft opgenomen en hoe snel ze veilig kunnen opstijgen? Oftewel: wat is te diep, wat is te lang en wat is te snel?

Daarvoor gebruiken duikers duiktabellen en duikcomputers. In de begindagen van het sportduiken werden duiken gepland met behulp van duiktabellen. Dat zijn tabellen waarin je op basis van diepte en duiktijd kunt aflezen hoeveel stikstof je lichaam ongeveer heeft opgenomen en hoe je veilig moet opstijgen. Duiktabellen waren de eerste poging om de wet van Henry in de praktijk toepasbaar te maken. De eerste duiktabellen werden ontwikkeld voor militaire duikers, bijvoorbeeld door de U.S. Navy. Later werden ook tabellen ontwikkeld die specifiek zijn afgestemd op recreatief duiken, en verschillende duikorganisaties gebruiken daarbij hun eigen varianten.

Tegenwoordig gebruiken de meeste duikers echter een duikcomputer. Zo’n computer meet voortdurend diepte en tijd en berekent daarmee hoeveel stikstof zich waarschijnlijk in je lichaam heeft opgebouwd. Op basis daarvan laat de computer tijdens de duik zien hoeveel no-decompression time je nog hebt. Die no-decompression time noemen we in het Nederlands ook wel je nultijd.

Aan het begin van een duik zul je op het scherm van je duikcomputer vaak het getal 99 zien staan. Dat is de nultijd (in het Engels no-decompression limit of NDL). Naarmate je langer en dieper duikt wordt dat getal kleiner. Als je bijvoorbeeld het getal 30 ziet staan, betekent dat dat je op de diepte waarop je op dat moment duikt nog maximaal 30 minuten kunt blijven zonder decompressieverplichting. Blijf je langer of ga je dieper, dan zal dat getal verder afnemen.

Dat getal moet altijd groter dan nul blijven — vandaar de term nultijd. Het recreatieve duiken gaat namelijk uit van het principe dat duiken binnen de grenzen van de nultijden blijven, dus zonder verplichte decompressiestops. Als je binnen je nultijd duikt, kun je in principe op elk moment je duik beëindigen en rustig naar de oppervlakte opstijgen. Bij technisch duiken (dus duiken waarbij wel decompressieverplichtingen ontstaan) is dat anders. Deze duikers kunnen niet zomaar direct opstijgen, maar moeten geplande decompressiestops maken. Daarom vereist technisch duiken een veel strakkere planning van diepte, duiktijd en gasvoorraad.

Hier even een taalkundige voetnoot. In het Nederlands spreken we vaak over “nultijd”. Die term komt ook voor in het Duits (Nullzeit), in de Scandinavische talen (nultid, nolltid, nulltid, núlltími), en zelfs in het Fins (nollaaika) en het Ests (nullaeg). In het Engels en de meeste andere talen spreekt men echter van no-decompression limit (NDL) of no-stop time — letterlijk: de tijd waarin je zonder decompressiestops kunt opstijgen. De term nultijd komt nog uit de tijd van de duiktabellen. In die tabellen stond een kolom met decompressiestops. Zolang daar “0 minuten” stond, zat je binnen de nultijd. Duikcomputers gebruiken vandaag precies hetzelfde principe, maar rekenen dat tijdens de duik voortdurend automatisch voor je uit.

Veilig opstijgen: nultijd, veiligheidsstop en no-fly time

Je duikcomputer houdt tijdens de duik ook je opstijgsnelheid in de gaten. Als je te snel opstijgt, geeft de computer meestal een waarschuwing. De aanbevolen maximale opstijgsnelheid is ongeveer 9 meter per minuut — grofweg gezegd langzamer dan de kleine luchtbelletjes die je uitademt. Daarom eindigt een duik meestal niet met een directe opstijging naar de oppervlakte. Vlak voordat we boven komen, maken we vrijwel altijd nog een veiligheidsstop.

Een veiligheidsstop is een korte pauze tijdens de opstijging, meestal ongeveer 3 minuten op een diepte van rond de 5 meter. Tijdens die paar minuten krijgt het lichaam nog wat extra tijd om opgelost stikstof veilig via de longen af te voeren, voordat je helemaal naar de oppervlakte gaat. Strikt genomen is een veiligheidsstop bij recreatieve duiken niet verplicht zolang je binnen je nultijden blijft. Maar hij wordt wel sterk aanbevolen, en de meeste duikers maken hem eigenlijk altijd. Het kan immers nooit kwaad om het lichaam een beetje extra tijd te geven om gas af te voeren.

Die 5 meter moet je daarbij niet al te letterlijk nemen. In de praktijk ligt een veiligheidsstop meestal ergens tussen ongeveer 3 en 6 meter diepte. Zolang je maar even stopt in dat laatste stuk van de opstijging en rustig blijft ademen, heeft de stop zijn effect. Veel duikcomputers helpen je daarbij. Wanneer je tijdens de opstijging in de buurt van de 5 meter komt, zal de computer vaak automatisch een 3-minuten aftelling voor een veiligheidsstop starten.

Merk ook op dat op de manier waarop we op Curaçao vaak duiken — namelijk vanaf de kant — een duik meestal al een zeer geleidelijke opstijging bevat. In plaats van een duidelijke bodemtijd gevolgd door een echte opstijging, verloopt de tweede helft van de duik vaak als een lange, langzame opstijging langs het rif. Vaak zwemmen we aan het begin van de duik eerst naar wat dieper water. Op het moment dat we omkeren en terugzwemmen richting de kust, beginnen we meestal ook aan die lange, rustige opstijging. Terwijl we terugduiken wordt het water geleidelijk steeds ondieper. Tegen de tijd dat we bij onze veiligheidsstop komen, hebben we dus vaak al een groot deel van de opstijging achter de rug. En zelfs na de veiligheidsstop gaan we meestal niet meteen naar de oppervlakte. Vaak zwemmen we nog rustig verder in het ondiepe water, totdat we uiteindelijk gewoon kunnen opstaan en tussen de badgasten het water uitlopen. Ook dat draagt bij aan een geleidelijke en ontspannen beëindiging van de duik.

Ook bij onze bootduiken stijgen we meestal heel geleidelijk op. Het verschil is alleen dat we na de veiligheidsstop — waarvoor we meestal juist van het rif wegzwemmen en het blauwe water opzoeken — wel direct naar de oppervlakte opstijgen, omdat we terugkeren naar de boot. We doen die veiligheidsstop dus bewust niet boven het rif of vlak bij de kust, maar in het open water, zodat de boot ons daar veilig kan oppikken. Wie goed oplet langs de kust van Curaçao ziet hier en daar namelijk nog wel wat voorbeelden van bootjes die dat ooit net iets minder handig hebben aangepakt. Dat proberen wij natuurlijk liever te voorkomen.

Ook na de duik blijft er vaak nog wat stikstof in het lichaam aanwezig. Daarom wordt duikers aangeraden om na het duiken een bepaalde tijd niet te vliegen. In een vliegtuig is de luchtdruk namelijk lager dan op zeeniveau, waardoor opgeloste gassen opnieuw belletjes kunnen vormen. Deze wachttijd noemen we de no-fly time.

Iets vergelijkbaars geldt wanneer je na het duiken snel naar grote hoogte reist, bijvoorbeeld naar een berggebied of een hooggelegen meer. Ook daar is de luchtdruk lager dan op zeeniveau. In de praktijk speelt dit op Curaçao natuurlijk nauwelijks een rol, maar op sommige duikbestemmingen — vooral in bergachtige gebieden — moet je hier wel degelijk rekening mee houden. Er gelden trouwens nog andere speciale procedures bij het bergmeerduiken. Mocht je dat ooit gaan doen (in Oostenrijk, Guatemala of Colorado bijvoorbeeld), volg hier dan een altitude diving-specialty voor.

Na een enkele duik wordt aangeraden om ongeveer 12 uur te wachten met vliegen of de bergen in te rijden. Na meerdere duiken of meerdere dagen achter elkaar duiken is het advies om 24 uur te wachten. Er zijn twee manieren om dat goed op elkaar af te stemmen: als je weet hoe laat je vlucht vertrekt, pas je je laatste duik daarop aan. Wie met een privéjet en eigen flight crew reist, kan natuurlijk ook gewoon het vluchtschema aan de laatste duik aanpassen.

Archimedes, drijfvermogen en het buddy-systeem

Maar even terug naar het oorspronkelijke bierviltje. We hebben nu bijna alles daarop in detail besproken, op twee termen na: Archimedes en buddy. Archimedes is, na Boyle, Dalton en Henry, de vierde naam op het lijstje. We bespreken hem hier als laatste — ook al is hij eigenlijk de oudste van de vier. Veel ouder zelfs dan de andere drie. Denk dus even aan Archimedes als je duikbuddy. Hoe geweldig is dat: duiken met een oude Griekse wijsgeer als buddy.

• Archimedes van Syracuse: “Eureka!”

Archimedes was een van de grootste wiskundigen en natuurkundigen uit de oudheid. Hij leefde in de 3e eeuw v.Chr. in Syracuse, een Griekse stad op Sicilië, waar hij werkte aan het hof van koning Hieron II in de roerige tijd van de Punische oorlogen tussen Rome en Carthago.

Je kent hem waarschijnlijk vooral van twee beroemde uitspraken. De eerste gaat over het hefboomeffect. Hij zou ooit hebben gezegd: “Geef mij een plaats om te staan en ik zal de aarde verplaatsen.” Daarmee bedoelde hij natuurlijk niet dat hij letterlijk de aarde wilde optillen, maar dat met een voldoende lange hefboom en een vast steunpunt zelfs een enorme massa met een relatief kleine kracht kan worden bewogen. De tweede uitspraak is misschien nog bekender: “Eureka! Eureka!” (εὕρηκα! εὕρηκα!) — “Ik heb het gevonden!”

Volgens een beroemde anekdote kreeg Archimedes ooit een opdracht van koning Hieron II van Syracuse. De koning had een gouden kroon laten maken voor een tempel, maar begon te vermoeden dat de goudsmid misschien een deel van het goud had vervangen door goedkoper zilver. Hij wilde weten of de kroon wel van zuiver goud was — maar zonder de kroon te beschadigen of om te smelten. Dat leek een lastig probleem. Hoe kun je de zuiverheid van een onregelmatig gevormd object bepalen zonder het kapot te maken?

Archimedes zou hier lang over hebben nagedacht zonder een oplossing te vinden. Tot hij op een zekere dag in het badhuis merkte dat het waterniveau steeg toen hij in bad stapte. Op dat moment realiseerde hij zich dat een voorwerp dat in water wordt ondergedompeld altijd een hoeveelheid water verdringt die precies overeenkomt met zijn volume. Daarmee had hij de oplossing van het probleem van de kroon gevonden. Als de kroon niet uit zuiver goud bestond, maar bijvoorbeeld deels uit zilver, dan zou zij bij hetzelfde gewicht meer volume hebben en dus meer water verdringen dan een blok puur goud. Door te meten hoeveel water de kroon verdrong, kon hij dus bepalen of het goud werkelijk zuiver was. Toen hij dit had opgemerkt, sprong hij van vreugde uit het bad en rende naakt naar huis, terwijl hij uitriep dat hij had gevonden wat hij zocht. En terwijl hij rende en luid riep, zei hij in het Grieks: “Eureka! Eureka!” — “Ik heb het gevonden!”

• Neutraal drijfvermogen

Of het verhaal precies zo gebeurd is weten we niet, maar het illustreert wel mooi wat we vandaag nog steeds het principe van Archimedes noemen: een lichaam dat in een vloeistof wordt ondergedompeld ondervindt een opwaartse kracht die gelijk is aan het gewicht van de verplaatste vloeistof.

Wanneer wij duiken verplaatsen we natuurlijk ook water. Alleen merk je dat niet zoals je dat merkt wanneer je in een vol bad stapt, omdat een duiker in vergelijking met de zee onnoemelijk klein is. Toch ervaren we dat principe voortdurend. Het is namelijk precies deze opwaartse kracht van water die bepaalt of we zinken, stijgen of kunnen zweven.

Dat klinkt misschien weer als een stukje natuurkunde, maar voor duikers is het eigenlijk heel praktisch. Het verklaart namelijk waarom we onder water kunnen zweven. Met onze longen, ons trimvest (BCD) en ons loodsysteem regelen we voortdurend hoeveel water we verdringen en hoeveel we wegen en opzichte van de hoeveelheid water die we verplaatsen. Het doel is om precies in balans te komen: niet zinken, niet stijgen, maar neutraal drijfvermogen.

Wanneer dat lukt, beweeg je als het ware gewichtloos door het water. Je hoeft niet voortdurend te trappelen om op diepte te blijven en je raakt het rif ook niet per ongeluk met je vinnen of knieën. Goed drijfvermogen is daarom niet alleen comfortabeler, maar ook veiliger en beter voor het rif.

In zekere zin komt daarmee alles wat we hierboven besproken hebben samen. Druk, gaswetten, luchtverbruik en decompressie zijn allemaal belangrijk — maar uiteindelijk draait goed duiken vooral om rust, controle en bewustzijn onder water. En daar hoort nog een eenvoudige regel bij die op geen enkel bierviltje mag ontbreken.

• Duik nooit alleen

Duiken is in principe een buddy-activiteit. Dat betekent dat je altijd samen duikt met een partner die in de gaten houdt hoe het met je gaat — en andersom. De meeste duiken verlopen probleemloos, maar wanneer er iets onverwachts gebeurt, is een buddy vaak de eerste en belangrijkste vorm van hulp. Je buddy kan bijvoorbeeld helpen wanneer je masker vol water loopt, je iets verliest of ergens in verstrikt raakt, je even moet kalmeren of oriënteren, je lucht bijna op is. Het belangrijkste hulpmiddel onder water is daarom niet je uitrusting of je computer, maar de duiker naast je.

Voor de volledigheid: er bestaan uitzonderingen. Zeer ervaren duikers kunnen met speciale training leren om zelfstandig te duiken, bijvoorbeeld in een independent of solo diving-cursus. Daarbij leer je hoe je met redundante uitrusting, extra gasvoorziening en zorgvuldige duikplanning veilig zonder buddy kunt duiken. Maar voor de meeste duikers blijft het buddy-systeem een van de belangrijkste veiligheidsprincipes onder water.

De essentie van duiktheorie

En daarmee zijn we eigenlijk weer terug bij het begin. De natuurkunde van het duiken past op een bierviltje, maar goed duiken zelf draait uiteindelijk om een paar eenvoudige principes: rustig ademen, langzaam opstijgen, goed op je buddy letten en een beetje gezond verstand gebruiken. De rest volgt vanzelf.

Als je van dit hele verhaal maar één ding onthoudt, is het dit: hoe dieper je gaat, hoe groter de druk. En die druk beïnvloedt alles wat we onder water doen: ons luchtverbruik, ons drijfvermogen, de opname van gassen in ons lichaam en de veiligheid van onze opstijging.

De rest is eigenlijk maar detail. Of zoals wij het op Porto Mari graag zeggen: duiktheorie past op een bierviltje.

Meer artikelen