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.

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.

Meer artikelen