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Luftdruck

[799] Luftdruck (hierzu Karte »Luftdruck- und Windverteilung«), der dem Gewicht einer über einer bestimmten Fläche ruhenden Luftsäule entsprechende Druck. Er wird durch die Höhe einer gleichschweren Quecksilbersäule gemessen (s. Barometer) und beträgt am Meeresspiegel im Jahresmittel 760 mm (wobei auch die Kontinente oberhalb des Meeresniveaus als aus Luft bestehend betrachtet sind; da das nicht zutrifft, ist der wahre mittlere L. etwa nur 740 mm). Mithin lastet auf 1 qcm ein Druck von 76 ccm Quecksilber oder 1033 g. Der Druck, den die Luft auf den menschlichen Körper ausübt, beträgt ungefähr 10,000 kg, wenn man seine Körperoberfläche zu etwa 1 qm annimmt; dieser Druck wirkt senkrecht und von allen Seiten gleichmäßig. Die Luft im Innern unsers Körpers steht mit der äußern im Gleichgewicht; daher entspricht dem Druck von außen ein gleich starker Druck von innen. Diese Druckkräfte machen sich sofort bemerkbar, wenn sie einseitig geändert werden, wie in Taucherglocken, Caissons, bei Bergbesteigungen und Ballonfahrten. Die Muskeln dienen vorzugsweise zur Bewegung der Gliedmaßen, während sie in dem Festhalten der Extremitäten wesentlich durch den äußern L. unterstützt werden. Nimmt dieser ab, so werden die Muskeln mehr in Anspruch genommen, und jede Bewegung hat eine ganz besondere Ermüdung zur Folge. Der L. hängt sowohl von der Temperatur als auch von der Feuchtigkeit ab; warme oder feuchte Luft ist leichter als kalte oder trockene. Der L. nimmt mit der Höhe ab, und zwar an der Erdoberfläche um 1 mm bei rund 11 m Erhebung (barometrische Höhenstufe), genauer für 0° und einen Luftdruck.

Für die Verteilung des Luftdrucks auf der Erde sowie die barometrischen Maxima und Minima vgl. beifolgende Karten mit Isobaren und Art. »Wetter«. Der L. erreicht sein Maximum im Jahresmittel unter 35° nördl. Br. mit 762,4, unter 30° südl. Br. mit 763,5 und am Äquator mit 758 mm; auf jeder Halbkugel ist er im Winter größer als im Sommer:

Der L. zeigt den regelmäßigsten täglichen Gang aller meteorologischen Elemente: zwei Maxima zwischen 9 und 10 Uhr morgens und abends sowie zwei Minima zwischen 3 und 4 Uhr vor- und nachmittags. Die Schwankung ist am größten (2–3 mm) in den Tropen. Dieser tägliche Gang ist eine Schwingung der Atmosphäre in ihrer ganzen Masse, die der Hauptsache nach aus der Übereinanderlagerung einer ganz- und einer halbtägigen Druckwelle besteht, von denen letztere normal die größere ist. Der jährliche Gang zeigt keine regelmäßige Verbreitung auf der Erde und hängt von der Verteilung von Land und Wasser ab. Die stärkste Schwankung in einem Tage betrug 61,3 mm. Die extremsten beobachteten Luftdruckwerte waren 808,7 mm und 685,5 mm (beide für das Meeresniveau berechnet). Vgl. Hann, Die Verteilung des Luftdrucks über Mittel- und Südeuropa (Wien 1887), Ebbe und Flut im Luftmeer der Erde (Berl. 1894) und die Artikel in der »Meteorologischen Zeitschrift« (1898).

Hygienisches. Sowohl Verminderung als Steigerung des Luftdrucks kann Gefahren für Gesundheit und Leben zur Folge haben. Erfahrungen über die Wirkung der Luftverdünnung sind vor allem bei Luftschiffahrten und beim Ersteigen hoher Berge gesammelt worden. Luftschiffer sind mehrfach in sehr beträchtliche Höhen vorgedrungen, Tissandier erreichte mit zwei andern eine Höhe von 8000 m, aus der er allein lebend zur Erde zurückgelangte. Mehrfach (von Berson u.a.) ist in Höhen von mehr als 5000 m Herzklopfen unter bedeutender Beschleunigung des Pulses, größeres Atmungsbedürfnis, auffallendes Nachlassen der Kräfte, Energielosigkeit, Schläfrigkeit u.a.m. beobachtet worden. Diese Erscheinungen, gegen die man sich durch Einatmen von[799] reinem Sauerstoff zu schützen gesucht hat, zeigen große Ähnlichkeit mit den Symptomen der Bergkrankheit (s. d.), die beim Besteigen von Bergen schon in sehr viel geringerer Höhe als bei den Luftschiffahrten eintritt. Allerdings darf man nicht alle krankhaften Symptome, die bei Bergsteigern und Luftschiffern beobachtet wurden, auf den Einfluß der Luftverdünnung beziehen; denn die lähmende Wirkung der oft erheblichen Kälte in hohen Regionen (in Höhen von 10,000 m -50 bis -70°) kommen bei Luftballonfahrten ebensosehr in Betracht wie bei den Bergbesteigungen die oft enorme Anstrengung, die geistige nicht minder als die körperliche, und die dadurch hervorgerufene Erschöpfung, wohl auch die Stärke und Neuheit der Sinneseindrücke und zahlreiche andre psychische Einflüsse.

Mit abnehmendem Atmosphärendruck sinkt auch der Partialdruck des Sauerstoffes und damit die Sauerstoffspannung, von deren Größe die Sättigung des Blutes mit Sauerstoff abhängig ist. Während die bei normalem barometrischen Druck (760 mm) vorhandene Sauerstoffspannung von 152 mm ausreicht, um das arterielle Blut bis zur Sättigung mit Sauerstoff zu versehen, wird bei dem Druck einer halben Atmosphäre (76 mm Sauerstoffspannung) diese Versorgung merklich geringer, und bei einem Drittel des normalen Druckes (etwa 50 mm Sauerstoffdruck), wird dem Blute nur die Hälfte der normalen Sauerstoffmenge zugeführt. Der Druck einer halben Atmossphäre entspricht einer Seehöhe von etwa 5000 m; bei 8000 m Höhe ist der Barometerstand etwa ein Drittel des normalen. Da das Sauerstoffbedürfnis bei Leistung von Muskelarbeit größer wird, so erfordert in großen Höhen die Ausführung selbst geringer körperlicher Arbeiten unverhältnismäßig große Anstrengung und führt schnell zur Erschöpfung. Aus obigen Angaben geht hervor, daß bei Luftschiffahrten das Einatmen von reinem Sauerstoff von wohltätigem Einfluß ist, da selbst in größten Höhen der Druck des einzunehmenden Gases dem normalen gleich gemacht oder sogar größer als er gemacht werden kann Mosso konnte sich unter Benutzung dieses Hilfsmittels einer Druckverminderung auf 192 mm Quecksilber (entsprechend 11,650 m Höhe) in einem abgeschlossenen Raum aussetzen.

Die Erscheinungen der Bergkrankheit treten nicht selten schon in Höhen auf wenig über 3000 m auf, und manche Bergsteiger und Luftschiffer haben ohne Beschwerden weit über 5000 m erreicht, ohne zur künstlichen Sauerstoffzufuhr greifen zu müssen. Es sind eben zweifellos nicht alle Erscheinungen der Bergkrankheit auf Luftverdünnung zu beziehen, und die Fähigkeit, sich einer verminderten Sauerstoffzufuhr anzupassen, sie durch gesteigerte Atemtätigkeit u. dgl. zu kompensieren, ist individuell sehr verschieden. Auf die Dauer scheint aber die Anpassung nur möglich zu sein, wenn die Höhen nicht über 5000 m liegen. Dementsprechend liegen die höchsten dauernd besiedelten Wohnsitze des Menschen, soweit bekannt, sämtlich unterhalb dieses Grenzwertes. Die höchsten bewohnten Ortschaften im Himalaja liegen 4500–4900 m hoch, die Inkastraßen der alten Peruaner reichten bis zu einer Höhe von 4700–4800 m; Potosi in Bolivia liegt 4165 m ü. M. Es scheint, als ob den Bewohnern solcher Höhen ein selbsttätiger Regulationsmechanismus zugute kommt, der den ungünstigen Einfluß der Sauerstoffverdünnung kompensiert. Man findet nämlich bei ihnen die Zahl der roten Blutkörperchen und damit den Hämoglobingehalt des Blutes höher als bei den Bewohnern tiefer gelegener Gegenden; dadurch ist eine bessere Ausnutzung des dargebotenen Sauerstoffes zu Atmungszwecken ermöglicht. Nach Mosso genügt die Verminderung des Sauerstoffgehalts der Höhenluft nicht zur Erklärung der Erscheinungen, der Mensch atmet in der Hohe nicht kräftiger, sondern weniger als in der Ebene, die nervösen Erscheinungen leitet Mosso von einer nachgewiesenen Verminderung der Kohlensäure im Körper ab, und diese Verminderung ist die Folge von chemischen Prozessen im Blut, welche die Verminderung des Luftdrucks hervorbringt. Für die Erklärung der Bergkrankheit ist in neuester Zeit eine andre Grundlage gewonnen worden. In der Atmosphäre und in Bodenluft hat man die Existenz einer radioaktiven Substanz festgestellt, die vorläufig nur in ihren Wirkungen erkennbar ist. Von dieser radioaktiven Substanz enthält Höhenluft dreimal, selbst fünfmal soviel wie die Luft im flachen Land, und es ist nachgewiesen, daß sie sich auf der Körperoberfläche des Menschen anhäuft und den im Hochgebirge sich aufhaltenden Menschen dem Einfluß der Bestrahlung mit Becquerelstrahlen aussetzt. In der Luft an einer wegen des häufigen Auftretens der Bergkrankheit berüchtigten Stelle nahe dem Lyßjoch ist ein außergewöhnlich hoher Gehalt an radioaktiver Substanz nachgewiesen worden. Zu Heilzwecken wird Luftverdünnung ziemlich selten angewendet.

Während langsame Veränderung des Luftdrucks innerhalb gewisser Grenzen ohne Schaden ertragen wird, veranlaßt plötzliche Verstärkung des Luftdrucks lästige Erscheinungen im Ohr, namentlich aber treten gefährliche Symptome auf, wenn der Übergang aus starkem L. in den gewöhnlichen allzu rapid erfolgt. Es entwickelt sich dann Gas (Stickstoff) aus dem Blute, und dieses kann durch Verstopfung der Blutkapillaren zu den Erscheinungen der Luftembolie und zu Lähmungen, sogar zum Tode führen.

Erhöhter L. macht die Atemzüge seltener, aber tiefer, allgemeines Wohlbefinden tritt ein, die Erregbarkeit des Nervensystems wird herabgesetzt und die Disposition zum Schlaf befordert. Dabei wächst die Ausscheidung von Harn und Kohlensäure, der ganze Stoffwechsel hebt sich, und die Ernährung wird gefördert. Die Füllung der feinsten Blutgefäße vermindert sich, die Aufsaugung der Lymphe wird beschleunigt, und das sauerstoffreichere Blut erzeugt erhöhtes Kraftgefühl. Über die Verwendung dieser Wirkungen zu therapeutischen Zwecken s. Pneumatische Kuren. In der Technik kommt erhöhter L. namentlich bei Arbeiten unter Wasser im Caisson und in der Taucherglocke in Betracht. 10 m Wasserdruck entsprechen einem Überdruck von 1 Atmosphäre, und es hat sich gezeigt, daß mehr als 35 m Wasserdruck (4,5 Atmosphären) ohne sofortige Schädigung des Organismus nicht ertragen werden. Aber auch bei minderm Druck treten mehr oder minder schwere Symptome ein: Sausen und Schmerzen im Ohr, Zerreißung des Trommelfelles, Minderung des Gehörs, Geruchs und Geschmacks, Verlangsamung der Atmung und Herztätigkeit, starkes Schwitzen, Erschwerung der Muskeltätigkeit, so daß sechsmaliges Heben eines 5 kg schweren Hammers zu völliger Ermüdung führt (Caissonkrankheit). Die größten Gefahren für die Arbeiter entstehen beim Verlassen des Raumes, in dem der hohe L. herrschte (Ausschleusen). Hierbei zeigen sich Blutungen aus Mund, Nase, Ohren infolge von Gefäßzerreißungen in den Schleimhäuten, Verstärkung der obengenannten Ohrensymptome. Herz- u. Atembeklemmungen, heftige Muskelschmerzen, [800] Lähmungen der Blase und der untern Extremitäten etc., auch sind mehrfach plötzliche Todesfälle vorgekommen, die auf Injektion gewisser Gefäße durch plötzlich auftretende Luftblasen zurückgeführt werden müssen. Bert betrachtet die während des Aufenthaltes im Caisson auftretenden Erscheinungen als Folgen einer Sauerstoffvergiftung und empfiehlt, der einzupumpenden Luft eine bestimmte Menge Stickstoff beizumengen. Vor allem ist aber genaue Kontrolle des Luftdrucks erforderlich, und beim Ein- und Ausschleusen, namentlich bei letzterm, müssen die Übergänge ganz allmählich stattfinden. Bei einem Überdruck von 3 Atmosphären ist eine Stunde erforderlich. Ein Aufenthalt in der komprimierten Luft bis sechs Stunden darf nur vollkommen gefunden Arbeitern gestattet werden. Vgl. Pneumatische Kuren; Bert, La pression barométrique (Par. 1877); Mosso, Der Mensch auf den Hochalpen (deutsch, Leipz. 1899); Loewy, Untersuchungen über die Respiration und Zirkulation bei Änderung des Druckes und Sauerstoffgehaltes der Luft (Berl. 1895); Langendorff, Zur Physiologie der Luftschiffahrt und des Alpensports (»Deutsche Revue«, 1899); Heller, Mager u. Schrötter, Luftdruck-Erkrankungen mit besonderer Berücksichtigung der sogen. Caissonkrankheit (Wien 1900); Heermann, Über Caissonkrankheit (Leipz. 1902); G. v. Liebig, Der L. in den pneumatischen Kammern und auf Höhen (Braunschw. 1898) und Die Bergkrankheit (das. 1898).