Koersklucht

Vandaag leggen we het verband tussen de Koersk, die aan haar einde kwam voor zij zo'n vliegdekschip vol jonge Amerikaanse matrozen kon torpederen, en een kinderpartijtje waarop feestballonnen zijn uitgereikt. Maar te lachen valt er niets, het gaat om de wetenschap en om de veelheid van misverstanden en vragen die het zinken van een onderzeeër oproept.

In een lek geslagen duikboot bestaat een zeldzaam samenspel tussen hydrostatische en barometrische druk, tussen luchtdruk en waterdruk, dat au fond tamelijk eenvoudig is te doorgronden maar toch rare verrassingen kan opleveren. Eén van de verrassende uitkomsten van een klein drukonderzoek is dat de bemanningsleden van de Koersk, voor zover ze vastzaten in een luchtbel bovenin een beschadigd compartiment, aanvankelijk niet de dupe waren van een tekort aan zuurstof maar van een teveel. In een onderzeeboot-compartiment dat, als gevolg van een beschadiging, in vrije uitwisseling staat met omringend zeewater heerst noodzakelijkerwijs de druk van de omgeving. Op 100 meter diepte is de hydrostatische druk ongeveer 11 bar. De lucht die nog in het duikbootcompartiment achterbleef nadat het lek raakte zal daardoor flink zijn samengeperst. Met haar diameter van 30 meter is het bovenste deel van de Koersk nogal ver van de zeebodem verwijderd maar toch zal de onderzijde van de luchtbel wel zo'n 73 meter beneden zeeniveau hebben gelegen. De luchtdruk in de luchtbel moet daardoor tot wel 8,3 bar zijn opgelopen en daarmee steeg de partiële zuurstofspanning van 0,21 bar tot 1,75 bar. Dat is te veel. Zuurstof is bij een hoge concentratie in het bloed giftig, beroepsduikers die op 100 meter diepte moeten gaan werken verlagen daarom het zuurstofgehalte in het gasmengsel van hun duikflessen. Ook vervangen ze het stikstof door helium, want stikstof onder hoge druk heeft een narcotiserende werking. Kortom: het lot van Russische zeelieden in een Koersk-luchtbel is niet te vergelijken met dat van de zeelieden die in een onbeschadigd lucht- en waterdicht afgesloten compartiment van de Koersk achterbleven. De laatsten werden het slachtoffer van de snel stijgende koolzuurspanning.

In hun radeloze aarzeling tussen humanitaire aanvaarding en patriottische afwijzing van buitenlandse hulp hebben de Russen op zeker moment geroepen dat de Engelse marinemensen in hun miniduikbootje LR5 bij een koppeling aan de Koersk het risico liepen door ontwijkende samengeperste lucht te worden weggeblazen. Voor zover viel na te gaan is daar door niemand op gereageerd, maar raar was het wel. Als de LR5 (die haar koppelingsluik net anders dan de grote duikboot aan de onderzijde heeft zitten) had gekoppeld aan een luik-met-luchtbel zoals boven beschreven dan was er waarschijnlijk niets anders gebeurd dan dat de luchtdruk binnen de LR5 sissend en blazend ook was opgelopen tot 8,5 bar. Daarna was de LR5 in drukevenwicht met haar omgeving geweest en had zelfs de noodzaak ontbroken om het luik van het minibootje weer dicht te doen. Omdat ook het inwendige van de Koersk, inclusief de luchtbel, in evenwicht was met de omgeving was er geen enkele reden om te vrezen dat de Koersklucht met grote kracht en snelheid zou ontsnappen.

Of toch? Een dag nadat de Noorse duikers een reddingsluik van de Koersk hadden opengemaakt kreeg de tv-kijker te zien hoe dat in zijn werk was gegaan. Er ontsnapte zoveel lucht dat men vanuit de leunstoel makkelijk tot de conclusie kwam dat de Koersk pas vol zeewater stond nadat de Noren hadden gekeken of dat zo was.

Maar waarom zoveel kracht achter de luchtstroom als de druk binnen de onderzeeboot even hoog was als die van de omgeving? Omdat de luchtdruk in de luchtbel goed beschouwd iets hoger was dan die van de omgeving, namelijk even groot als de druk in het waterniveau aan de onderzijde van de bel. 't Is allemaal HBS-stof, het treedt ook op in een theekopje dat men ondersteboven in de afwasteil steekt, dus het wordt hier niet nader uitgelegd. Er valt eenvoudig aan te tonen dat de lucht in het Koersk-ontsnappingsluik zo'n 0,3 bar (drie meter water diepte) overdruk had ten opzichte van het waterniveau rond het luik. Dat is een overdruk van niks, in een fietsband is de druk al hoger, dus de LR5 zou er geen last van hebben gehad. Wel is het voldoende om de ontsnappende luchtstroom een heel dynamisch aspect te geven. Veel kracht zat er niet achter.

De Koersk is vooral zo zwaar beschadigd doordat zij, zinkende, met grote kracht op de zeebodem terecht kwam, hebben de Russen gezegd. Maar de thuisonderzoeker herinnert zich foto's en videobeelden van de Titanic en veel andere reuzenschepen die veel dieper zonken en veel zwakker waren geconstrueerd en die toch, om zo te zeggen, nagenoeg ongebroken op de bodem aankwamen. Ook dit lijkt dus Russische lariekoek. Het is nauwelijks voorspelbaar dat de Koersk harder op de bodem aankwam dan de Titanic die immers al binnen de kortste keren al haar lucht kwijt was.

Een onderzeeboot vaart onder water zoals een luchtschip zweeft door de lucht: voornamelijk door de dichtheid (het `soortelijk gewicht') van de constellatie-als-geheel gelijk te maken aan die van het omringde medium. Zelfs na een ongeluk zal een duikboot niet gauw zoveel overgewicht hebben als een gewoon schip.

Op de valreep komen we zo nog bij een vreemde waarneming aan een feestballon. Ook de groeps-dichtheid van helium-gevulde feestballonnen is met wat klei, stopverf of andere ballast precies gelijk te maken aan die van de omringende lucht. Doe dat eens 's winters als de kachel aan staat. Dan is er, dankzij de temperatuurgradiënt, een groot verval in dichtheid van vloer naar plafond. De ballon zoekt snel zijn eigen dichtheid op en neemt resoluut een stabiele positie in.

Doet men hetzelfde in de zomer, als de kachel uit is en de dubbel openslaande porte-brisée deuren wijd zijn opengeslagen dan is de ballon nauwelijks op een vaste plaats te krijgen. Laatst was er een ballon die met veel getob precies halverwege vloer en plafond kon worden stilgehangen maar bij de kleinste verstoring òfwel snel naar het plafond steeg òfwel naar de vloer zakte. Niets van te begrijpen.