Diepzeeonderzoek: Ontwikkeling van de duikapparatuur

De mens onder water is als een vis op het droge. Hij kan het niet langer dan enkele minuten volhouden. Toen de belangstelling van de mens zich in de 14e en 15e eeuw weer naar zee richtte, gingen de gedachten al dadelijk uit naar apparatuur die de duiker in staat zou stellen, moeiteloos adem te halen en lang achtereen op grote diepte te verblijven. Na de uitvinding van de duikerklok eind 17e eeuw kwam al snel het duikerpak. In de 19e eeuw werden de eerste onderzeeërs beproefd.

De uitvinding van de duikerklok

Eén der eerste uitvinders die zich met dit probleem bezighield was Leonardo da Vinci, één van de briljantste mannen uit de Renaissance (14e tot 16e eeuw). Zijn ontwerpen omvatten een masker, uitgerust met ademhalingsbuizen die naar een drijver gaan aan de oppervlakte. Hij heeft zijn uitvindingen nooit beproefd. Voorzien van Leonardo's ademhalingsbuis zou een duiker gestikt zijn, omdat door de druk van het water op de borst zelfs op geringe diepte het uitzetten van de longen onmogelijk zou zijn. Pas in 1690 vond Edmund Halley (de ontdekker van de beroemde komeet met zijn naam) een manier uit om lucht van hoge druk naar een duiker in een duikerklok te pompen. Wanneer de lucht die de duiker inademt dezelfde druk heeft als het water om hem heen, wordt zijn borst niet ingedrukt en kan hij normaal ademhalen. Dit is het principe waarop de duikerklok berust. Halley's duikerklok is een holle ruimte, waarvan de bodem openstaat naar de zee en die groot genoeg is voor één of twee duikers. Is de klok eenmaal onder water, dan perst de druk van het water de lucht in de klok samen en kunnen de duikers enige tijd lang ademen. Maar hoe verder de klok daalt, hoe meer het waterpeil in de klok stijgt en hoe minder lucht er beschikbaar is. Door lucht in de klok te pompen met een druk gelijk aan de waterdruk belet men dat het water in de klok stijgt. Dit was de techniek die door Halley ontdekt werd. Hij bevestigde twee lege vaten aan een duikerklok, die met buigzame slangen met de klok in verbinding stonden. Een gat in de bodem van beide vaten liet water binnen. Door de druk van het water werd de lucht uit de vaten in de klok gedreven. De duikers konden deze lucht binnenlaten door eenvoudig een kraan open te draaien. Halley beproefde zijn uitvinding herhaaldelijk en bleef zo meer dan 1½ uur op een zeebodem van 20 m. diep. Ook vond hij het eerste bruikbare duikerpak uit, een kleine individuele klok op het hoofd van de duiker, door ademhalingsslangen verbonden met de hoofdklok (zie afbeelding linksboven).

De uitvinding van het duikerpak

Toen men eenmaal besefte dat een mens nooit de gewone buitenlucht kon inademen wanneer zijn longen onder druk van het water stonden, werd de bescherming hiertegen een eerste vereiste voor de ontwerpers van duikerpakken. Zij maakten onhandelbare harnasachtige pakken, vaak verstevigd met metaal. De voorloper van het duikerpak met harde hoofdbedekking van tegenwoordig werd in 1819 uitgevonden door Augustus Siebe en in 1837 ontwikkeld tot een volledig duikerpak. Het was een waterdicht pak van rubber met een afneembare koperen helm. De helm was uitgerust met kleppen voor het in- en uitademen en er werd vanaf een schip onder hoge druk lucht naar binnen gepompt (zie afbeelding links). Het pak van Siebe maakte het een duiker mogelijk af te dalen tot een diepte van 100 meter. In het midden van de 19e eeuw nam het gebruik van duikerpakken toe. Ze hadden echter nog een belangrijke beperking: de duiker kon de 'navelstreng' naar het schip nog niet missen. In 1865 ontwierpen de Fransen Benoît Rouquayrol en Auguste Denayrouze een metalen cilinder, gevuld met samengeperste lucht die de duiker op zijn rug kon meedragen. Het was echter nog niet mogelijk een cilinder te construeren die de druk op grote diepte kon weerstaan. Het zou nog 78 jaar duren voordat een duiker het zonder zuurstofslang naar het moederschip kon stellen. De uitvinding van Rouquayrol en Denayrouze werd beroemd door de boeken van Jules Verne. De helden van zijn boek Twintigduizend mijlen onder Zee gebruikten dit apparaat tijdens hun excursies onder water. De grote publieke belangstelling voor dit boek bleef niet onopgemerkt.

Caissonziekte

In die tijd begonnen ook ingenieurs en aannemers zich van duikerpakken en klokken te bedienen bij de bouw van fundamenten onder water voor bruggen en havens. Een aantal onverklaarbare ongelukken belemmerde de voortgang. Velen die werk onder water verrichtten kregen een geheimzinnige ziekte. De klachten bestonden uit hevige spier- en gewrichtspijn, braken, flauwvallen en doofheid. Anderen kampten met zenuwinzinkingen en verlammingen, soms zelfs met dodelijke afloop. De duikers waren het slachtoffer geworden van één van de grootste risico's van het duiken: de duikersziekte of caissonziekte. De oorzaak van de klachten is dat er tijdens het verblijf in een gasmengsel met te hoge druk meer stikstof in het bloed en de weefsels oplost dan normaal. De stikstof wordt bij het terugkeren naar normale druk niet snel genoeg via de longen afgevoerd en vormt dan belletjes in de bloedvaten, waardoor de bloedsomloop wordt gehinderd (embolie). Als zulke bellen in de hersenen ontstaan kan dit blijvende invaliditeit tot gevolg hebben en zelfs dodelijk zijn.

In 1870 werd ontdekt dat, als duikers heel langzaam naar boven komen, de stikstof geleidelijk uit het lichaam kan verdwijnen. De Franse fysioloog Paul Bert legde een 'decompressietabel' aan, waarin etappes van omhooggaan werden vastgelegd. Dit beperkte de duiker wel, want voor een duik van 220 m. met 4 minuten op het diepste punt is bijvoorbeeld 1½ uur nodig voor decompressie. Behandeling van caissonziekte gebeurt in decompressiekamers, waar het slachtoffer zo snel mogelijk opnieuw in een verhoogde luchtdruk wordt geplaatst, om daarna de druk trapsgewijs te laten dalen. Dit probleem bestond nog steeds toen duikers in het begin van de 20e eeuw bemanningen van onderzeeërs gingen redden.

De ontwikkeling van de onderzeeër

De ontwikkeling van de onderzeeër hield sinds de tijd van Leonardo da Vinci gelijke tred met die van het duikerpak. In 1776 bouwde David Bushnell een onderwaterboot, die gebruikt werd tijdens de Vrijheidsoorlog. Bushnell gaf zijn onderzeeër de naam Turtle (schildpad). Het vaartuig werd bediend door één man, die de twee schroeven met de hand aandreef: één om voor- of achteruit te gaan, de tweede om naar boven of beneden te gaan. Met deze onderzeeër bevestigde hij een lading kruit aan de romp van een vijandelijk Engels oorlogsschip in New York, maar de aanval mislukte. De eerste onderzeeër die een vijandelijk schip tot zinken bracht was de Hunley, genoemd naar zijn ontwerper, Horace Hunley (zie afbeelding links). In 1864, tijdens de Amerikaanse Burgeroorlog, bracht de Hunley een oorlogsschip van de Unie, dat de haven van Charleston blokkeerde, met een torpedo tot zinken. De onderzeeër werd op zijn beurt ook tot zinken gebracht. Pas in 2000 werd het wrak, na 136 jaar op de oceaanbodem te hebben gelegen, geborgen.

Tegen het eind van de 19e eeuw begonnen uitvinders te experimenteren met onderwatervaartuigen, aangedreven door lucht, stoom en elektriciteit. Duitsland bouwde zijn eerste onderzeeërs pas in 1907. Deze U-booten bleken een geducht wapen tijdens de Eerste Wereldoorlog. Maar zelfs toen in 1958 de eerste atoom-onderzeeër, de Amerikaanse Nautilus (zie afbeelding inleiding) dwars onder het ijs van de Noordpool doorvoer, was er nog geen manier bedacht om de bemanning van een onderzeeër die op meer dan 200 m. diepte vergaan was, te redden. Tegenwoordig worden onderwaterrobots ingezet om bemanningen van gezonken onderzeeërs op grotere diepten te redden en onderzeese data- en elektriciteitskabels te repareren.

Dit artikel is onderdeel van de zevendelige special Diepzeeonderzoek.