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(Nach J. A. Borellis Werk "De Motu Animalium" - "Über die Bewegung der Lebewesen")

 

Hier mit freundlicher Genehmigung
des Autors

welche dem Menschen stundenlanges Tauchen ermöglicht, 1680-1681

Der junge Borelli war ungewöhnlich begabt. Selbst sein Lehrer, Benedikt Castelli von der Accademia del cimento aus Florenz, staunte immer wieder, mit welchem Eifer und Erfolg er sich der Mathematik, der Physik und besonders gern der Mechanik widmete. Die Akademie hatte den denkbar besten Ruf und war Dank ihrer Führung durch den berühmten Galilei eine der ersten Anstalten Italiens, und Borelli war ein Schüler, der diesem Ruf Ehre machte. Wie er ihn, den gelehrten Castelli, in Dispute verwickelte, widersprach, argumentierte und seinen Standpunkt mit zwingender Logik bewies! Mehr als nur einmal hatte er seine Meinung revidieren müssen.
Die Fähigkeiten Borellis sprachen sich herum, und der Erfolg ließ nicht lange auf sich warten: Er wurde ein bekannter Astronom und Mediziner, die Akademie wählte ihn zu ihrem Mitglied, der Herzog von Toskana ehrte ihn durch die Verleihung einer Professur. Borelli lehrte an vielen berühmten Stätten in Florenz, in Pisa und Messina, veröffentlichte eine ganze Reihe mathematisch-physikalischer und medizinischer Schriften. Darüber waren die Jahre verronnen. Zum letzten Mal war der nun 64jährige, im Jahre 1672, aufgebrochen, hatte den revolutionären Wirren Messinas den Rücken gekehrt und war nach Rom gegangen. Hier, in der Abgeschiedenheit des KIosters von St. Pantaleon, in dessen Schule er Mathematik gab, wollte er seine Arbeiten vollenden. Unzählige ungelöste Probleme gab es noch. Wie oft hatte er beispielsweise sinnend am Klosterteich gestanden, dem behenden Spiel der Fische zugeschaut, hatte ihre Bewegungsmechanismen und die Gesetzmäf3igkeiten ihrer Gleichgewichtslage studiert.Sollte sich nicht auch der Mensch diese Gesetze zu Nutze machen können? Wohl gab es schon Vorrichtungen, die den Tauchern längere Zeit hindurch das Atmen unter Wasser gestatteten, und er selbst hatte sie bereits in seinen Manuskripten beschrieben:
"Die erste besteht aus einem zylindrischen, mit Luft gefüllten Hohlgefäß A B C (Fig. 6), welches oben geschlossen und unten offen ist. Wenn man dieses Gefäß mit dem daran hängenden Stein P in das Wasser R S versenkt und an einem Seil E F aufhängt, so kann die Luft im Gefäß A B C, solange die Seitenwände A C und E B senkrecht stehen, nicht durch die Öffnung C B entweichen; sie wird lediglich zusammengepreßt, und zwar um so mehr, je tiefer man das Ganze eintaucht. In die Öffnung B C steckt nun der Taucher einfach seinen Kopf, wenn er nicht länger ohne Luft sein kann, atmet und erfrischt sich wieder. Diese Vorrichtung ist ohne Zweifel sehr leicht herzustellen und zu bewegen; völlig ungeeignet aber erscheint sie bei größeren Meerestiefen. Die Luft wird nämlich dann durch das Gewicht des über ihr liegenden Wassers derartig zusammengedrängt, daß sie für die Atmung möglicherweise unbrauchbar wird...
Die zweite von einigen Leuten ausgedachte Vorrichtung wird folgendermaßen gebraucht (Fig. 7). Man macht aus Ziegenhaut eine gerade Röhre A B und zieht sie über einen spiralig gewundenen Eisendraht, der sie auseinander hält. In die untere Öffnung B C ragt der Kopf des Tauchers hinein; an seinem Nacken und seiner Brust werden Kleiderfransen so befestigt, daß sie das Eindringen von Luft durch die Zwischenräume und Nähte verhindern. Die zweite Öffnung dieses Luftkanals ragt über die Wasseroberfläche R S empor, so daß der Mensch atmen kann. Natürlich ist diese Vorrichtung sehr unbequem, da man sie nicht ohne fremde Hilfe im Wasser bewegen kann."

Borelli wollte sich nun eine bessere Vorrichtung ausdenken, denn schließlich, war seine Ansicht, nütze die Wissenschaft nur dann etwas, wenn sie das praktische menschliche Schaffen fördere, verbessere. Rastlos hatte er seine Schritte um den Teich gelenkt, seine Ideen geprüft, sie fallen gelassen und wieder aufgegriffen. Der Taucher sollte mit einem wasserdichten Anzug aus Ziegenhaut bekleidet sein. Über den Kopf müßte ein großer Helm gehen, mit Raum genug, um daraus atmen zu können. Beides am Hals mit einem Ring und Stricken fest verbunden. Gewichte müßten das zu geringe spezifische Gewicht ausgleichen. Aber wieviel Luft sollte der Taucher zum Atmen mitnehmen? Wie oft müßte sie erneuert werden? Ein Taucher kann, so hatte Borelli beobachtet, ohne Schaden eine Minute unter Wasser bleiben. Das bedeutet, daß die kleine Luftmenge, welche er in einem Atemzug aufnimmt, für diese Zeit genügt.
"Wenn er dreißigmal Atem holt und dreißigmal untertaucht, so kann er im ganzen eine halbe Stunde in kleinen Abschnitten unter Wasser verbringen, und daher scheint es durchaus wahrscheinlich, daß er auch eine halbe Stunde ununterbrochen im Wasser bleiben kann, wenn man seinen Kopf in ein Gefäß steckt, welches allseitig geschlossen und so groß ist, daß es die doppelte oder dreifache Menge jenes Luftvolumens faßt, welches für 30 Atemzüge nötig ist."
Schließlich faßte er seine Überlegungen und Gedanken zusammen:
"Die Blase B M H C sei aus Kupfer oder Zinn hergestellt und zwei Fuß im Durchmesser groß (Fig. 8). Der Kopf eines Mannes muß hineinpassen wie in einen Helm. Befestigt wird sie mit ihrer Mündung an den Schulterblättern, am Nacken und an der oberen Brust, und zwar durch einen eisernen Halsring B C, der dicht und fest mit Stricken umwunden wird und der den Hals der Blase mit dem eng am Körper anliegenden Anzug verbindet. Dieser Anzug muß aus Ziegenhaut bestehen und wasserundurchlässig sein. Wenn der Mensch dann aufrecht im Wasser steht, kann er die in die Blase befindliche Luft atmen und stundenlang leben, wenn die Luft nach der im folgenden beschriebenen Methode erneuert wird. Mit Rücksicht auf die nun noch vorhandenen Schwierigkeiten muß man eine kupferne, gebogene Röhre I C K L her-stellen und in ihrem herunterhängenden Mittelteil einen aus Leder gefertigten Beutel K anbringen. Die beiden Enden I und L der Röhren müssen in das Innere der Blase münden, das eine hinten am Rücken, das andere vorne, aber so, daß man die Luft hineinblasen kann."

Das war seiner Auffassung nach eine brauchbare Lösung, denn im Gegensatz zu verschiedenen Chemikern glaubte er nicht an den Balsam, der in der Luft enthalten sein sollte, und dessen Verbrauch die Lebensflamme der Tiere gleich einer Kerze im luftdicht abgeschlossenen Raum zum Verlöschen bringt. Er, Borelli, war der Ansicht, daß die hohe Erwärmung und Luftfeuchtigkeit der ausgeatmeten Luft schädlich sei. Deshalb wollte er die Ausatemluft durch das Rohr I C K L leiten. Die Luft würde im Rohr abkühlen, während die Feuchtigkeit sich in Form von Wassertröpfchen an dessen Wandung niederschlagen würde. Das Wasser sollte sich im Beutel K sammeln.
Also hatte er weitergeschrieben:
"Beim Einatmen wird dann durch Nase und Mund nicht die gerade ausgeatmete, warme und feuchte, sondern frische, abgekühlte und gereinigte Luft aufgenommen. Und dadurch kann die Atmung auf das bequemste wohl eine halbe Stunde lang ohne Todesgefahr fortgesetzt werden.2) . . .
Weil aber der Mensch nicht leben kann, wenn die eingeschlossene Luft nicht doch von Zeit zu Zeit erneuert wird, muß man oben an dem Luftbehälter zwei Metallröhren N und O befestigen, welche mit Hähnen verschließbar sind. Man braucht dann nur, wenn es notwendig ist, zur Wasseroberfläche emporzusteigen, bis die beiden Öffnungen N und O aus dem Wasser herausragen. Wenn man dann die Hähne öffnet, kann die verbrauchte Luft durch die Röhre P M O ins Freie strömen, während durch das andere Rohr N neue Luft aufgenommen wird. Und dann taucht man, sobald man die Ventile wieder geschlossen hat, sofort wieder unter.
Im übrigen muß nur noch der Anzug aus Ziegenhaut eine Form haben, die sich dem menschlichen Körper und seinen Gliedern so eng wie möglich anschmiegt, damit man sich bequem und leicht bewegen kann. Außerdem muß in das den Kopf umgebende Metallgefäß vorne bei 2 3 ein Glas eingesetzt und mit einem Gemisch aus pulverisiertem, ungelöschtem Kalk und Eiweiß festgeleimt werden, damit man sehen kann, was auf dem Boden und im Wasser vor sich geht.
Leicht kann man es auch so einrichten, daß das Gewicht des Ganzen, einschließlich des Menschen, des Behälters und der Luft dem Gewicht des verdrängten Wassers sehr nahe kommt, wenn man durch Bleigewichte die Masse der eingeschlossenen Luft vergrößert."

Schließlich zog der Erfinder energisch die Schlußfolgerung:
"Jedenfalls ist nun ganz klar, daß der Mensch in einem solchen Apparat lange Zeit unter Wasser atmen und leben kann."
Borelli zögerte nicht, seine Vorstellungen von der Tauchervorrichtung zu vervollständigen:
"Wenn wir also wie ein Fisch im Wasser ruhen oder uns bewegen wollen, so wird uns dies nur gelingen, wenn wir dieselben mechanischen Kunstgriffe anwenden, welche die Natur bei den Fischen benützt."
Er hatte beobachtet, daß Fische das Volumen ihrer Schwimmblase und damit ihren Auftrieb verändern können. Dem Menschen aber ist dies nicht möglich, er braucht einen Apparat, vielleicht eine Pumpe, die er wie ein Schwert am Gürtel tragen könnte. Berechnungen waren gefolgt, wieder Skizzen, bis er schließlich schrieb:
"Des weiteren wollen wir annehmen, daß der Mann A F mit seiner Kleidung, dem Gürtel und der Kopfbedeckung B G H C, mit der Pumpe R S und der eingeschlossenen Luft spezifisch leichter sei als das Wasser und daß der obere Teil M G des Helmes etwas über die Wasseroberfläche herausschaut. Wenn man dann ein paar Bleistücke daran hängt, wird die gesamte Masse des schwimmenden Menschen vergrößert, und er wird fast gleich schwer wie das Wasser, so daß schließlich nur noch ein ganz kleiner Teil von G vom Helm herausragt. Nun drückt man den Kolben T nach S hinein, so dab die Luft in der Pumpe zusammengedrückt wird; und bald wird der vordere Raum T, der zuvor von der Luft ausgefüllt war, vom Wasser eingenommen sein. Infolgedessen ist der vom Menschen und seiner Pumpe ausgefüllte Raum kleiner als vorher, das spezifische Gewicht größer und schließlich gleich dem spezifischen Gewicht des Wassers. Und dann ist der Mensch in der Lage, überall im Wasser in Ruhe zu bleiben. Wenn nun aber der Kolben T die Luft in der Pumpe R S noch weiter zusammendrückt und noch mehr Wasser in sie eindringt, dann wird das spezifische Gewicht größer, und der Mensch fällt von ganz allein langsam zu Boden. Wenn man andererseits den Kolben T nach E hinbewegt, dehnt sich die Luft infolge ihrer Elastizität aus, das Wasser wird aus dem Hohlraum T R verdrängt, der Mensch wird leichter als das Wasser, und er steigt wieder, bis ein Teil des Helmes über das Wasser herausschaut."
Noch vieles hatte Borelli geschrieben, auch über ein Tauchboot, dessen Bau und seine Benutzung. Endlich, im November 1670, hatte er mit dem Wort sein großes Werk abschließen können, das "De Motu Animalium" 3) hieß und mit dem erstmalig eine Einführung der Lehren der Mechanik in die Medizin in größerem Umfang veröffentlicht wurde. Das Erscheinen der zweibändigen Ausgabe 1680-1681, seinen Triumph in der Fachwelt, sollte er jedoch nicht mehr erleben, denn Borelli starb am letzten Tag des Jahres 1679.

Zum Glück für den Taucher hatte Borelli seine "Vorrichtung, welche dem Menschen stundenlanges Tauchen ermöglicht", nicht erproben lassen können. Die vermutlich tödlichen Folgen hätten in der neueren Tauchmedizin als der erste Fall einer Absturzerkrankung 4) verzeichnet werden können. Da sich der Kopf des Tauchers in der starren "Blase" aus Metall befände, in dem der kaum verändert atmosphärische Druck herrschen würde, während der Druck auf den Körper beim Tauchen zunehmen würde; es entstände eine gefährliche Druckdifferenz. Auch mit der Mechanik der Pumpe hätte der Taucher kaum etwas anfangen können. Übrigens fehlt bei dieser Darstellung (Fig. 8, Tab. XIV) das Zahnrad an der Kurbel, wie es in der Abbildung eines späteren Nachdrucks (Napoli 1734) zu finden ist. Doch ob mit oder ohne Zahnrad hätte der Taucher den vom Wasserdruck belasteten Kolben 5) kaum herausbekommen.
Interessant neben der Anordnung eines geschlossenen Taucheranzuges in Verbindung mit einem metallenen Helm, daß er den Taucher mit etwas "Schwilnmflossenähnlichem" versah. Als einziger darauf zu beziehender Hinweis findet sich der Satz: "Es ist nun nicht mehr nötig, weiter zu erklären, wie der Mensch auf dem Boden nach der Art der Krebse gehen kann und wie er durch Rudern mit Händen und Füßen wie ein Frosch im Wasser schwimmen kann."
Diese Flossen sollten also zum Laufen auf dem Grund (deshalb die krallenartigen Haken) und zum Schwimmen nach der Art der Frösche dienen. Unschwer ist hier eine Nachbildung aus der Natur zu erkennen, da sie etwa dem Bau der Schwimmfübe der Lappentaucher 6) ähneln.
Also blieb Borelli auch hier einer philosophischen Betrachtung treu, die für sein gesamtes Schaffen bestimmend war:
"Kein vernünftiger Mensch wird leugnen, daß die Werke der Natur äußerst einfach, daß sie notwendig und, soweit möglich, sparsam sind. Also werden auch die Kunstwerke, welche sich die Menschen ausdenken, ohne Zweifel dann am besten gelingen, wenn sie sich an die Schöpfungen der Natur anlehnen und ihnen nachgebildet werden, so weit es möglich ist."

Literatur:
- Repro. aus Borellus, J. A.: De Motu Animalium. Pars Prima. Editio' Altera. Romae 1685, Tab. XIV
- Zitate aus einer dtsch. Übers. von M. Mengeringhausen, Akademische Verlagsgesellschaft MBH. Leipzig 1927, 5. 57-64
- Biogr. Notizen: Ebenda S. 65-66

Fußnoten:
1) etwa 60 cm, 1 römischer pes = 29,5 cm
2) Einfache Berechnungen unter Vernachlässigung verschiedener unwesentlicher Faktoren. sowie der Annahme einer normalen Atmung, eines O2-Verbrauchs von etwa 1 l/min und entsprechender CO2-Abgabe ergeben, daß sich schon nach 5 min im Helm der O2-Gehalt von rund 21 Prozent auf rund 11,7 Vol.-Prozent senken und der CO2-Gehalt auf etwa 9,2 Vol.-Prozent erhöhen würde, also die Luft im Helm eine Zusammensetzung erreichte, in der der Taucher rasch das Bewußtsein verlieren und ersticken würde.
3) Über die Bewegung der Lebewesen
4) Sinkt ein Taucher im schweren Tauchergerät schneller tiefer, als Luft zum Druckausgleich zugeführt werden kann (z. B. bei einem Absturz durch zu starken Abtrieb), wird zunächst die Luftblase des Anzuges in das Helminnere und die Atemwege gedrückt. Reicht das zum Druckausgleich nicht mehr aus, entsteht im Helm als starrwandigen Behälter ein Unterdruck. der Hals, Schultern und den oberen Brustraum sich gegen das Helminnere drängen läßt. Der Körper des Tauchers steht dagegen unter einem höheren Wasserdruck. Das gesamte Blut wird infolge dessen aus dem Organismus in die Richtung des Kopfes gedrückt. Die Folgen können von kurzfristiger Blutstauung bis zum Tod innerhalb weniger Stunden durch extreme Überdehnung des Herzens reichen.
5) bei einem angenommenen Durchmesser von 25 cm und einer Tiefe von 5 m mit 245 kp
6) zu dieser Ordnung gehört z. B. auch der Haubentaucher.

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