Tauchtechnologie: Wie Wasserstoffatmung das Tiefseetauchen neu definiert - t3n

Wie ein abenteuerlustiger Mathelehrer, ein umtriebiger Physiologe und ein riesiges Netz von Unterwasserhöhlen in Florida zu einem technologischen Durchbruch beim Tiefseetauchen führten. Richard „Harry“ Harris war wie hypnotisiert von dem, was vor ihm lag: ein riesiger, schwarzer, klaffender Abgrund, den noch nie ein Mensch erkundet hat. Um hierherzukommen, auf 230 Meter Tiefe in der Pearse Resurgence, einer der gewaltigsten Wasserhöhlen der Welt, waren zwei Hubschrauber, drei Wochen Tests und zwei Tonnen Ausrüstung nötig. Als er in den Abgrund starrte, spürte Harris den vertrauten Sog – vielleicht könnte er noch ein wenig tiefer gehen? Er blickte zu seinem Tauchpartner Craig Challen, ein paar Meter rechts von ihm. Selbst durch Taucherbrille und Atemgerät, dessen dicke Schläuche wie Mammut-Stoßzähne aussahen, konnte Harris sehen, dass Challen dasselbe dachte. Sie tauchen schon seit Jahren in immer gefährlicheren unerforschten Höhlen. Damit gehörten sie zu den wenigen Menschen, die 2018 bei der Rettung einer thailändischen Fußballmannschaft aus einer Höhle helfen konnten. Dieser Text ist zuerst in der Ausgabe 3/2024 von MIT Technology Review erschienen. Darin beschäftigen wir uns damit, was nach ChatGPT und Co. kommt. Hier könnt ihr die TR 3/2024 bestellen. Harris und Challen kennen das extreme Risiko und sich gegenseitig gut. Sie wollen beide unbedingt in dunkle Weiten vorstoßen. Trotzdem kehrten sie auf Harris’ Zeichen hin um. Sie waren jetzt, im Februar 2023, weder in dieser Höhle, um ihren eigenen, drei Jahre alten Tiefenrekord von 245 Metern zu brechen. Noch wollten sie einen neuen Weltrekord aufstellen – dazu müssten sie über 308 Meter hinausgehen. Sie waren dort, um einen möglichen Weg zu noch größeren Tiefen zu erforschen: die Wasserstoffatmung. [tableofcontents] „In diese Dunkelheit habe ich seitdem ständig geschaut“ Das Problem besteht seit mehr als einem Jahrhundert: Wie kann ein menschlicher Körper unter Wasser dem immensen Druck standhalten, für den er nicht geschaffen ist? Marine und Offshore-Ölgesellschaften auf der ganzen Welt haben viel in die Erforschung dieser Frage investiert. In den 1970er- und 1980er-Jahren begannen ihre Ergebnisse in die zivile Tauchcommunity einzusickern, wo Neugierige ihre Grenzen ausloten wollten. Zu diesen Wagemutigen gehörte auch der Highschool-Mathelehrer Sheck Exley aus Florida. Er wurde zu einer internationalen Ikone, weil er sogar einige Rekorde der militärischen und kommerziellen Profis gebrochen hatte. Schon als Teenager erkundete Exley die Unterwasserhöhlen Nordfloridas. Seit seinem ersten Höhlentauchgang 1966 im Crystal River war er süchtig danach. 1972, im Alter von 23 Jahren, konnte er als erster Mensch weltweit 1000 Höhlentauchgänge verzeichnen. „Ich bin irgendwie in diese Höhlen gekommen, meine Augen haben sich angepasst, ich bin ein bisschen weiter hineingeschwommen und habe in die Dunkelheit geschaut“, sagte er 1992 gegenüber der Taucherzeitschrift AquaCorps. „In diese Dunkelheit habe ich seitdem ständig geschaut.“ [caption id="attachment_1627924" align="aligncenter" width="620"] Richard Harris ist mit Wasserstoff in größere Tiefen vorgestoßen als je ein Mensch zuvor.Foto: Richard Harris[/caption] Ab etwa 40 Metern Tiefe führt normale Luft – 78 Prozent Stickstoff, 21 Prozent Sauerstoff und ein Prozent Spurengase – zu einer sogenannten Inertgas-Narkose. Sie wird auch „Martini-Effekt“ oder „Tiefenrausch“ genannt, weil sie ähnlich wie ein starker Drink euphorisierend wirkt und das Urteilsvermögen einschränkt. Noch ein wenig tiefer, und der Sauerstoff wird giftig. Die US-amerikanische und die britische Marine verdünnen deshalb seit Jahrzehnten die Luft in den Tauchflaschen mit Helium, aber nur wenige Außenstehende wussten davon. Nachdem der deutsche Höhlentaucher Jochen Hasenmayer 1981 mit einem Heliumgemisch eine Tiefe von 143 Metern erreicht hatte, begann auch Exley damit – obwohl er wusste, dass nur wenige Jahre zuvor zwei Taucher in Florida an solchen Experimenten gestorben waren. Heute verwenden Taucher, wenn sie tiefer als 40 Meter absteigen, in der Regel kein konstantes Gasverhältnis, sondern wechseln beim Ab- und Auftauchen zwischen verschiedenen Stickstoff-, Sauerstoff- und Heliumgemischen, je nach Standort, Wassertemperatur, individueller neurologischer Toleranz und vielen anderen Variablen. Dekompressionstabellen listen genau auf, wie lange welche Mixtur in welcher Tiefe eingeatmet werden muss. Ein zu schneller Aufstieg würde die angesammelten Gase im Blut wie beim Öffnen einer Mineralwasserflasche ausperlen lassen. Dies führt zur schmerzhaften und gefährlichen „Taucherkrankheit“. Um die Dekompressionstabellen zu erstellen, sind Hightech und einschlägige Datenbanken nötig, die früher den wenigsten zur Verfügung standen. Exley konnte einen befreundeten Berufstaucher überreden, ihm eine Beispieltabelle zu geben, die allerdings nur bis 121 Meter Tiefe reichte. Mit einer Software extrapolierte er die Werte und durchbrach so 1987 die 200-Meter-Grenze in der Nacimiento-Höhle in Mexiko. Der Abstieg dauerte nur 24 Minuten, aber um aus dieser Tiefe wieder gesund hochzukommen, musste er insgesamt 11,5 Stunden unter Wasser bleiben. In dieser Dekomprimierungszeit spürte er, wie er gefährlich schwach wurde. Sein Blutzuckerspiegel sank, die Kälte drang in seine Glieder, die Haut an Händen und Gesicht schälte sich. „Damals hatte ich das Gefühl, dass ich noch tiefer hätte tauchen können“, sagte er damals dem Magazin InDepth. „Aber ich wusste, dass ich meine Dekompressionsgrenze erreicht hatte.“ 1988 stellte Exley mit 237 Metern einen neuen persönlichen Rekord auf. Er verwendete eine präzisere Tabelle, die ihm der Physiologe Bill Hamilton erstellt hatte. Hamilton ist unter Tauchern als „Prinz der Gase“ bekannt und war an einigen der frühesten Arbeiten zur Dekompression bei Tiefen über 200 Metern beteiligt. Er hat an einer Software für Berufs- und Marinetaucher mitgewirkt, die extrem präzise Tabellen für eine beliebige Anzahl von Parametern erstellt. „Dadurch verfügte er über unglaubliche Datenmengen“, sagt Bill Stone. Der Luft- und Raumfahrtingenieur ist selbst Höhlentaucher und hat ein frühes Kreislaufatemgerät (Rebreather) entwickelt und verkauft, das die ausgeatmete Luft von Kohlendioxid befreit. „Hamilton entwickelte stochastische Modelle, um herauszufinden, wie man die Dekompression beschleunigen kann, ohne sich zu schädigen“, so Stone. In den Achtzigern begann Hamilton, auch maßgeschneiderte Tabellen für Sporttaucher zu entwickeln. Damit wurde er für immer zum Liebling der Szene. Der Rekordversuch Allen Fortschritten bei der Dekompression zum Trotz starb Exley 1994 bei dem Versuch, den 332 Meter tiefen Grund des Zacatón-Sinklochs in Mexiko zu erreichen. Er schaffte es bis auf 270 Meter. Wahrscheinlich wurde ihm das Hochdruck-Nervensyndrom (HPNS) zum Verhängnis: Sinkt ein Taucher zu schnell über 150 Meter, beginnt er unkontrollierbar zu zittern. Zusätzlicher Stickstoff im Helium-Sauerstoff-Gemisch kann die Symptome zwar dämpfen, narkotisiert den Körper aber auch stärker. Zudem erschwert die höhere Dichte des Stickstoffs in solchen Tiefen das Atmen. Zwar gelang es Tauchern mit herkömmlichen Gasmischungen, unter 300 Meter abzusteigen, indem sie sich durch schwere HPNS-Symptome durchbissen. Irgendwann wird das Gasgemisch aber zu schwer, um es noch ein- und ausatmen zu können. „Auf zehn Metern Abstieg steigt der Druck um eine Atmosphäre. In 250 Metern Tiefe sind es also 26 Atmosphären“, sagt Challen, Harris’ Tauchpartner. „Es wird zu einem physischen Problem, das Gas in und aus der Lunge zu bewegen.“ Um dieses Problem zu umgehen, müssten die Taucher etwas atmen, das leichter ist als Helium. „Und es gibt nur ein einziges leichteres Gas“, sagt Challen. „Nach Wasserstoff kommt nichts mehr.“ Die ersten Wasserstoffversuche fanden bereits in den 1990er-Jahren statt – allerdings nicht im Wasser, sondern in einer Überdruckkammer. Ein Team von Ärzten, Ingenieuren, Wissenschaftlern und Tauchern der französischen Compagnie Maritime d’Expertises (Comex), einem Hersteller von Tieftauchsystemen, simulierte in einem Projekt namens Hydra eine Tiefe von 701 Metern. (Dazu waren 15 Tage Kompression und 23 Tage Dekompression nötig.) 1996 wurde das Vorhaben eingestellt, weil sich kommerzielle Unternehmen immer mehr Tauchbooten und dem sogenannten Sättigungstauchen zuwandten, bei dem sich das inerte Gas vollständig im Blut löst. Dafür ist aber mitunter eine Dekompressionszeit von mehreren Tagen nötig, die deshalb nur in Druckkammern, nicht aber im Wasser verbracht werden kann. „Beim Berufstauchen gibt es keine Poesie – man will einfach nur effizient sein“, sagt der frühere Hydra-Beteiligte Jean-Pierre Imbert. [caption id="attachment_1627929" align="aligncenter" width="620"] Challen hilft Harris bei einem Tauchgang im Jahr 2020. Im Vordergrund zwei Rebreather – der eine mit einem Wasserstoffgemisch, der andere mit konventionellem Atemgas.Foto: Simon Mitchell[/caption] [caption id="attachment_1627930" align="aligncenter" width="620"] Richard Harris beim Einstieg in die Pearse Resurgence im Februar 2023.Fotos: Simon Mitchell[/caption] 2012 bauten schwedische Taucher mit ihrem Hydrox-Projekt auf die Arbeit der Comex auf. Sie benutzten ebenfalls Wasserstoff, diesmal aber nicht in der kontrollierten Umgebung einer Druckkammer, sondern in freier Wildbahn. Fünf Minuten lang atmeten sie in 40 Metern Tiefe erfolgreich ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch. Allerdings behielten sie dies weitgehend für sich. Sie fürchteten, dass Menschen ohne das nötige Fachwissen diesen Versuch auf eigene Gefahr nachahmen könnten. „Wir haben nicht viel darüber veröffentlicht oder erzählt, weil man wissen muss: Macht man es falsch, wird man kläglich scheitern“, sagte der beteiligte Tauchingenieur Åke Larsson später. „Aber es ist keine Raketenwissenschaft. Wenn man seine Hausaufgaben macht, ist es nicht kompliziert. Man muss es nur richtig machen.“ „Ich will nicht als das Versuchskaninchen berühmt werden, das im Wasser explodiert ist.“ Das war die Ausgangslage, als sich 2020 praktisch alle Fachleute auf diesem Gebiet zur „H2 Working Group“ zusammenfanden. Sie wollten herausfinden, ob Wasserstoffatmung auch unter 200 Metern möglich wäre, ohne die aufwendigen Verfahren der Berufstaucherei. Zusammengetrommelt hatte sie Michael Menduno, erfahrener Höhlentaucher und Chefredakteur des Magazins InDepth, gemeinsam mit John Clarke, dem ehemaligen wissenschaftlichen Leiter der US Navy Experimental Dive Unit. Menduno war zum Schluss gekommen, dass die Tauch-Szene mit Helium an ihre Grenzen gestoßen war. Exley selbst hatte schon 1992 darauf hingewiesen: „Es scheint ein echtes Potenzial für Hydreliox zu geben“, also für ein Wasserstoff-Helium-Sauerstoffgemisch, sagte er damals in einem Interview mit Menduno. Jeder Teilnehmer war Spezialist für einen anderen Aspekt – Mechanik des Atemgeräts, Berechnung der Gasmischungen, Fragen der Physiologie. Am Ende des ersten Treffens hatten sie so viele potenzielle Probleme gefunden, dass sie einen „Herausforderungsbaum“ erstellten, um den Überblick zu behalten. Der Baum verzweigte sich immer weiter; hatte jemand eine mögliche Lösung vorgestellt, ergaben sich daraus neue Probleme. Selbstversuch im Swimmingpool Höhlentaucher Harry Harris trat der Arbeitsgruppe auf Einladung von Menduno bei. Sein Team hatte an der Pearse Resurgence in Neuseeland bereits eine Tiefe von 245 Metern erreicht. Aber die Höhle ging noch weiter, und sie wollten sie kartieren. Sie wussten, dass sie mit Helium nicht über 300 Meter hinauskommen würden. Hochentzündliches Wasserstoffgemisch sah aber auch nicht wie eine verlockende Alternative aus. „Ich will wirklich nicht als das Versuchskaninchen berühmt werden, das im Wasser explodiert ist“, erklärte er beim ersten Treffen. „Es wäre also schön, wenn wir das lösen könnten.“ David Doolette, Forschungsphysiologe bei der US Navy Experimental Diving Unit, war in den Neunzigern selbst in der Pearse-Höhle getaucht. Er war Wasserstoff gegenüber neugierig, aber auch skeptisch. Denn neben der Explosionsgefahr hat Wasserstoff noch ein paar andere unangenehme Seiten. „Aufgrund seiner großen Wärmeleitfähigkeit saugt er die Wärme mit jedem Atemzug bis zu einem gefährlichen Grad aus dem Körper“, erklärt Doolette. Zudem fehlten Erfahrungswerte zu den Dekompressionszeiten: „Sie zu berechnen, ist einfach. Die Herausforderung besteht darin, sie richtig zu berechnen.“ Andere teilten seine Vorbehalte. Nuno Gomes, ehemaliger Höhlentaucher und Weltrekordhalter, war besonders besorgt über die Dekompression. „Ich denke, wir müssen langsam vorgehen“, sagte er der Gruppe. „Beginnt mit flachen Tauchgängen und geht dann zu immer tieferen über.“ Auf einem Treffen der Arbeitsgruppe 2022 in Australien äußerte Imbert die Vermutung, dass ein Anteil von mehr als 3,5 Prozent Wasserstoff wahrscheinlich eine Detonation auslösen würde. „Harry nickte und sagte: ‚Nun, ich glaube nicht, dass das stimmt‘“, erinnert sich Stone. Imbert fragte, woher er das so genau wissen wolle. „Harry sagte: ‚Letzte Woche habe ich 7 Prozent in meinem Pool ausprobiert.‘ Alle wurden hellhörig.“ Allen wurde klar, dass Harris längst beschlossen hatte, Wasserstoff direkt in der Pearse-Höhle zu testen. Er hatte sich eine Wasserstoffkartusche in sein Haus in einem Vorort von Adelaide liefern lassen und beschlossen, „ein bisschen damit zu spielen“, wie er später erzählte. Er füllte Wasserstoff in seinen Rebreather und stellte ihn in den Pool im Hinterhof, um eine mögliche Explosion einzudämmen. Aus sicherer Entfernung begann er mit der Einleitung von Sauerstoff. (Sein Hund beobachtete ihn dabei hinter einem Zaun; seine Frau war nicht da.) Als nichts explodierte, probierte er den Rebreather aus. Sein erster Atemzug, so erzählte er mir später, fühlte sich leicht, glitschig und kalt an. Das Atmen war fast schon herrlich leicht. „Die Stimme hört sich mit Wasserstoff noch viel alberner an als mit Helium. Und ich war froh, dass dem Haus und dem Hund nichts passiert ist.“ Die anderen waren erstaunt, einige beunruhigt. „Diese Entscheidung muss jeder für sich selbst treffen“, meint Stone. „Die Pearse Resurgence ist kein Ort für Experimente. Wenn man dort hineingeht, sollte man Ausrüstung verwenden, von der man weiß, dass sie in dieser Tiefe funktioniert. Keine physiologischen Experimente in 300 Metern Tiefe. Das hat alle anderen Taucher, die über 200 Meter hinausgingen, umgebracht. Mein Rat an Harry und alle anderen, die dieses Spiel spielen wollen, ist der gleiche, den ich Exley gegeben habe: Geh! In! Eine Druckkammer! Simulier das zuerst!“ „Die Gruppe war irgendwie gespalten“, erinnert sich Menduno. „Ich meine, jeder hat Harry unterstützt, aber einige dachten auch: Du wirst sterben. Sie waren verärgert und besorgt, dass ihr Freund losziehen und sich bei dieser Sache möglicherweise umbringen würde.“ Viele tote Freunde Schon hinter der ersten Ecke der Pearse Resurgence verschwindet das Licht, als hätten es die dunklen Wände – schwarzer Marmor, durchzogen von grauen Quarzadern – absorbiert. Manchmal verengt sich die Höhle so sehr, dass man im Stehen die Decke berühren könnte. Manchmal breitet sie sich zu riesigen Kammern aus. An einer Stelle ragen zerklüftete Felsfinger aus den Wänden. Tiefere Teile der Höhle sind glatt und fast perfekt rund, nur durchbrochen von dunklen Spalten, die zu unerforschten Tunneln führen. Jeder neu entdeckte Teil der Höhle erhält einen Namen. Bei ihrem Abstieg im Februar 2023 durchquerten Harris und Challen den Nightmare Crescent, den Needlebender, den Gargleblaster, die Weaver’s Ledge, den Big Room und schließlich den Brooklyn Exit. Das Wasser hatte sechs Grad und war vollkommen klar. Abgesehen vom kurzen Zischen und Klicken der Rebreather, dem Seufzen der durch den Kreislauf gepumpten Gase, herrschte unheimliche Stille. [caption id="attachment_1627931" align="aligncenter" width="620"] Challen unter einem Habitat in der Pearse Resurgence, das den Tauchern erlaubt, sitzend und in trockener Umgebung den letzten Dekompressionsstop einzulegen.Foto: Simon Mitchell[/caption] Auf 120 Metern öffnet sich die Höhle zu einem Plateau, das steil abfällt. „An diesem Punkt ist es, als stünde man am Abgrund“, erzählt Harris. „Und es fühlt sich an, als würde die Reise jetzt erst richtig losgehen.“ Hinter dem Plateau geht es weitere 50 Meter in die Tiefe. Bis zu 170 Metern Tiefe konnte Harris seine Position noch auf einer mentalen Landkarte verfolgen, indem er sich an bekannten Felsformationen orientierte. Um Kraft zu sparen und die Ansammlung von Kohlendioxid in den Gelenken zu vermeiden, ließen sie sich von Unterwasser-Scootern ziehen. Sie folgten Seilen, die zum Teil von ihnen selbst, zum Teil noch von Doolette vor 20 Jahren angebracht worden waren. Obwohl Harris einen strengen Plan im Kopf hatte und hypersensibel auf jedes Geräusch seines Rebreathers lauschte, fand er einen Moment, um innezuhalten und zu denken: „Was wäre, wenn ich das nie wieder erleben würde?“ Bei 200 Metern mischte Harris Wasserstoff in sein Atemgas. Auf den nächsten 30 Metern überprüfte er die Reaktion seines Körpers. Er war ruhig und klar im Kopf. Mehr noch: Er bemerkte, dass das leichte Zittern in seinen Händen, das er normalerweise als frühes Anzeichen des Hochdruck-Nervensyndroms in dieser Tiefe bekam, verschwunden war. Er blickte zu seinem Tauchpartner Challen, der mit Helium tauchte: Dessen Hände zitterten sichtbar, als er mit einem Seil hantierte. „Die Stimme hört sich mit Wasserstoff noch viel alberner an als mit Helium. Und ich war froh, dass Haus und Hund nichts passiert ist.“ In 230 Metern Tiefe hatte Harris erreicht, was noch niemand zuvor geschafft hatte: Er schwamm frei in dieser unvorstellbaren Tiefe und atmete dabei Wasserstoff. Aber sein Blick war auf den unerforschten Abgrund vor ihm gerichtet. „Ich würde lügen, wenn ich sagen würde, dass ich nicht davon träume, dort hinunterzutauchen“, sagte er später. Die Gemeinschaft derjenigen, die davon besessen sind, zu lernen, wie der menschliche Körper unglaublichen Druck aushält, ist klein; meist ist jeder um höchstens eine Ecke mit jedem anderen bekannt. Wasserstoffskeptiker Doolette kennt Harris seit mehr als 20 Jahren – seit dieser Doolettes Qualifikationskurs für Tauchmedizin in Australien absolvierte. Damals arbeiteten beide auch in der Abteilung für hyperbare Medizin des Royal Adelaide Hospital. Harris wollte sich im Höhlentauchen weiterbilden, Doolette war bereits langjähriger Höhlentaucher. Schon bevor die H2-Arbeitsgruppe zu tagen begann, wusste Doolette, dass Harris über das Tauchen mit Wasserstoff nachdachte. „Es kam wahrscheinlich für einige Teilnehmer überraschend, aber nicht für mich“, sagte Doolette zu mir. Er hielt es für waghalsig, Wasserstoff bei einem tiefen Höhlentauchgang zu erproben. „Es gibt eine ganze Industrie, die sich mit Wasserstoff beschäftigt. Und deren Ansatz ist es, Wasserstoff und Sauerstoff voneinander zu trennen. Wenn man sie stattdessen zusammenmischen will, gibt es nicht einmal Verfahren dazu.“ Auch Stone stand der Expedition skeptisch gegenüber – bei jedem Tauchgang unter 200 Metern sollte das Konzept seiner Meinung nach zunächst getestet werden. „Ich mache das schon sehr lange, und ich habe viele tote Freunde“, sagt er. Er plädiert deshalb für Tauchroboter. „Wir bewegen uns in einen Bereich, in dem Robotik keine Science-Fiction mehr ist. Wir tun es bereits. Ist es perfekt? Nein. Aber es kann bald weit, weit über das Wasserstofftauchen hinausgehen.“ Als Taucher, sagt Doolette, verstehe er den Wunsch, dorthin zu gehen, wo noch nie jemand zuvor gewesen ist: „Höhlentaucher forschen aus Spaß an der Sache. Ein Roboter wird das nicht erleben.“ Ein weiterer Reiz sei es, herauszufinden, wohin eine Höhle führt und wie man ihr folgen kann. „Und wenn man dann endlich im Wasser ist, verschwindet für einen der Rest der Welt.“ Ein paar Wochen nach seinem Wasserstoff-Tauchgang hielt Harris einen Vortrag vor der H2-Arbeitsgruppe. Er entschuldigte sich für die Heimlichtuerei und seine letzte Folie zeigte: n = 1. „Das bedeutet, dass es ein einziges Mal erfolgreich war“, sagte er. Nach der Präsentation applaudierte die Gruppe. Doolette sagte: „Du kannst deiner letzten Folie noch etwas hinzufügen, Harry: Die Überlebenswahrscheinlichkeit ist größer null.“ Doolette war erleichtert, dass Harris es zurück an die Oberfläche geschafft hatte. „Ich erkannte, dass es ein ziemlich bahnbrechender, bedeutsamer Tauchgang war“, sagte er mir. „Ich sehe keinen Sinn darin, tief zu tauchen, nur um tief zu tauchen, aber wenn man sich einem Forschungsprojekt verschrieben hat und dazu gehört, dass man in Höhlen taucht, um etwas zu erforschen und zu entdecken, dann sollte man das tun.“ Der Text stammt von Samantha Schuyler und wurde von Gregor Honsel übersetzt.