Giftige Gase in Höhlen, Stollen und Bunkern
von Kai Sackmann (Sacki)

Je nachdem welche Art von unterirdischen Hohlräumen man betritt, kann man dort auf verschiedenste giftige Gaskonzentrationen stoßen. In natürlichen Höhlen kommt es, bei uns in Deutschland, eher selten zu gefährlichen Gasansammlungen. Vereinzelt kennt man aber tiefliegenden Bereiche von Höhlen, in denen sich, je nach jahreszeit und Bewetterung, hohe Kohlenstoffdioxid-Konzentrationen (CO2) ansammeln können. Ein Beispiel wäre die Gustav-Jakob-Höhle bei Grabenstetten, die längste Durchgangshöhle der Schwäbischen Alb (427 m). Sie ist recht einfach zu befahren und daher auch bei Freizeit-Höhlengängern sehr beliebt. In der ungefähren Höhlenmitte gibt es zwei schachtartige Abzweige in tieferliegende Bereiche (Kollektivschacht + Mausefalle genannt). In diesen sind schon häufiger CO2-Konzentrationen von bis zu 4 Vol.% gemessen wurden. Diese Ansammlungen sind in erster Linie wohl biogenen Ursprungs, entstehen also durch pflanzliche Wurzelatmung, der Atmung von Bodenorganismen und durch verrottende Biomasse im Boden. Aber auch das ausgeatmete Kohlendioxid der vielen Höhlengänger wird wohl eine kleine Rolle dabei spielen. Und da Kohlenstoffdioxid schwerer ist als Luft, sammelt es sich dann an den tiefst liegenden Stellen.

In anderen Höhlen könnte eingetragene oder eingeschwemmte Biomasse für eine CO2-Ansammlung verantwortlich sein, wenn diese dann dort verrottet.
Stacks Image 92
Aus dem gleichen Grund ist die CO2-Gefahr in künstlichen Hohlräumen deutlich höher, als in natürlichen Höhlen. Gerade im Altbergbau, also in alten Stollen und Grubenräumen, aber auch in alten Kellern, Gewölben, Brunnen und Ähnlichem, wurden vom Menschen Ausbauhölzer eingetragen, um diese unterirdischen Bauten abzustützen und stabilisieren zu können. In der häufig recht feuchten Umgebung finden jedoch Schimmelpilze und Bakterien ein ideales Milieu zum Leben und beginnen das alte Holz zu zersetzen, wodurch als Stoffwechselprodukt dann CO2 entsteht. Eine weitere Entstehungsmöglichkeit für CO2 findet man im Kohlebergbau (aktiv oder auch Altbergbau). Die noch anstehenden Kohlereste oxidieren hier durch Pilze und Bakterien, die von ihr leben, wobei ebenfalls Kohlenstoffdioxid entsteht. Durch die meist schlechte Bewetterung dieser Hohlräume und Stollen kann sich das Gas dann weiter ansammeln. Als Untertage-Abenteurer sollte man also immer auch mit gefährlichen CO2-Konzentrationen rechnen.
Arbeitsplatzgrenzwert* von CO2 = 0,5 Vol.%


Neben CO2 kann man im Altbergbau jedoch auch noch mit anderen giftigen Gasen in Kontakt kommen. Hier nur eine kleine Auswahl:

Kohlenstoffmonoxid (CO):
Kohlenstoffmonoxid ist hochgiftig und entsteht bei Verbrennungsprozessen. Problematisch ist, das es geruchs- und geschmacklos ist und daher von uns auch nicht wahrgenommen werden kann. Unter Tage könnte es zum Beispiel durch Brände entstehen, jedoch auch durch Abgase von Verbrennungsmaschinen. Im Altbergbau ist die Gefahr daher recht gering, es sei denn, das in den unterirdischen Hohlräumen Feuer entzündet oder über längere Zeit offene Flammen betrieben werden. Bei sehr schlecht bewetterten Hohlräumen könnte man jedoch auch auf alte, stehende CO-Ansammlungen treffen.

Arbeitsplatzgrenzwert* von CO = 30 ppm


Schwefelwasserstoff (H2S):
Schwefelwasserstoff (Faulgas) entsteht zum Beispiel bei Fäulnisprozessen organischer Stoffe und ist ebenfalls hochgiftig für uns. Da es schwerer als Luft ist, sammelt es sich am Boden. Ein Vorhandensein ist relativ gut wahrnehmbar, da es schon in sehr geringen Konzentrationen seinen typischen Geruch nach faulen Eiern verströmt. Die Geruchsschwelle liegt auch deutlich unter dem Arbeitsplatzgrenzwert, in sehr hohen Konzentrationen kann es unseren Geruchssinn jedoch lähmen, so das wir das Gas nicht mehr wahrnehmen können. Sollte man Untertage einen Geruch nach faulen Eiern bemerken, sollte man daher sofort umdrehen!

Arbeitsplatzgrenzwert* von H2S = 5 ppm


Methan (CH4):
Methan ist farblos und geruchlos und bildet in Verbindung mit Luft ein hochexplosives Gemisch. Es bildet sich bei der natürlichen Entstehung von Kohle und wird im Kohlebergbau dann als Grubengas freigesetzt. Ein Vorgang der auch noch in stillgelegten Bergwerken stattfinden kann. Außerdem ist Methan aber auch Bestandteil von Fäulnisgasen, wenn Biomasse unter Luftabschluss verfault. Grundsätzlich ist Methan ungiftig für uns. Durch den Sauerstoffmangel, beim Vorhandensein von Methan, kommt es jedoch zu verschiedensten körperlichen Auswirkungen, die von einer Pulschlag-Erhöhung bis zu einsetzender Schläfrigkeit reichen können. Es führt jedoch nicht zu bleibenden Schäden. Die größte Gefahr ist eine Schlagwetterexplosion - eine Entzündung des vorhandenen Methans durch offene Flammen oder energiereiche Funken, welche beispielsweise auch durch Lampen entstehen könnten, die nicht explosionsgeschützt sind (Ex-Schutz).

CH4 ist ab 5% explosionsgefährlich!


Ergänzend sollte hier nun auch noch der Sauerstoffmangel erwähnt werden, der in den allermeisten Fällen in Verbindung mit höheren CO- oder CO2-Konzentrationen vorkommt. Eine Gefährdung beginnt bereits bei weniger als 16 % Sauerstoff, unter 10 % Sauerstoff besteht absolute Lebensgefahr. Das wäre übrigens auch der Wert, bei dem eine offene Flamme erlischt!

Die Gefahren durch Gase sind also vielfältig,
Untertage-Abenteurer sollten sich in erster Linie aber mit dem Thema CO2 beschäftigen.
* Arbeitsplatzgrenzwert:
Bezeichnet in Deutschland die höchstzulässige Arbeitsplatz-Konzentration eines Gases in der Luft, bei einem Aufenthalt von weniger als 8 Stunden darin.
Stacks Image 32
Was macht CO2 so gefährlich?

Das Problem ist, das man CO2 weder riechen noch schmecken kann. Beim Aufenthalt in hohen Konzentrationen kommt es auch zu keinen Erstickungssymptomen, denn CO2 vergiftet uns. Der normale Gasaustausch in der Lunge wird beeinträchtigt. Eine geringere Menge Kohlendioxid kann unser Blut verlassen, wodurch es dann weniger Sauerstoff aufnehmen kann. Und ohne ausreichend Sauerstoff können wir nun einmal nicht leben. Erste Symptome wären eine verstärkte Atmung und ein erhöhter Puls, einhergehend mit einem deutlichen Wärmegefühl. Weitere Anzeichen sind Kopfschmerzen, leichter Schwindel und Übelkeit. Treten solche Alarmzeichen bei einer Befahrung auf, sollte die Unternehmung sofort abgebrochen und der Rückweg angetreten werden. Ansonsten wird es im weiteren Verlauf zu Seh- und Bewusstseinsstörungen bis hin zur Ohnmacht kommen, später dann zum Tod durch Ersticken.

Die körperlichen Auswirkungen treten von Person zu Person unterschiedlich schnell auf. Sie sind abhängig von der körperlichen Konstitution, der aktuellen Tagesform einer Person, sowie der körperlichen Belastung bei einer Unternehmung.
Stacks Image 35
Wie kann man sich schützen?

Entgegen einer weit verbreiteten Meinung, stellt das Mitführen einer Kerze, einer Wetterlampe oder einer anderen offenen Flamme keine ausreichende Sicherheit dar. Hier wird davon ausgegangen, dass das Erlöschen der Flamme ein brauchbarer Indikator für das Vorhandensein von CO2 ist. Das ist jedoch ein gefährlicher Irrtum. Eine Flamme weißt immer nur auf genügend Sauerstoff hin, die CO2-Konzentration an einem Ort kann jedoch bereits tödlich sein. Schaue Dir noch einmal die Tabelle mit den Auswirkungen verschiedener CO2 Vol.% weiter oben an und werfe einen Blick auf die unterste Zeile. Überhalb 10 Vol.% kann es bereits nach kurzer Zeit zu Bewusstlosigkeit und Tod kommen. Wenn man jetzt noch weiß, das eine Kerze aber erst bei etwa 14 Vol.% CO2 erlischt, wird schnell klar, warum eine Kerzenflamme keine Sicherheit bieten kann. Das eigenartige Brennen einer Flamme kann zwar ein Anzeichen dafür sein, das etwas nicht stimmt, eine offene Flamme kann jedoch noch lange vor sich hin brennen, während ihr Träger bereits bewußtlos oder sogar verstorben neben ihr liegt.
Stacks Image 39
Die einzig sichere Vorgehensweise ist die Verwendung eines Gaswarngerätes, das auf das jeweilige Gas abgestimmt ist. Für kontinuierliche Messungen werden dafür elektronische Messgeräte eingesetzt. Diese Geräte sind jedoch sehr kostspielig in der Anschaffung. Die günstigsten Gaswarngeräte liegen im mittleren dreistelligen Euro-Bereich. Sie verwenden jedoch elektrochemische CO2-Sensoren, deren Lebensdauer bei 1 – 1,5 Jahren liegt. Danach müssen sie ersetzt werden, was jeweils wieder mehrere hundert Euro bedeutet. Hochwertigere Geräte setzen für die CO2-Messung IR-Sensoren ein. Ihre garantierte Lebensdauer liegt vom Hersteller zumeist bei über 5 Jahren. Geht man hier von einer eher seltenen, hobbymäßigen Verwendung aus und nicht von einer täglichen, gewerblichen Nutzung, kann man schon fast von einer Unsterblichkeit des Sensors ausgehen. Ausserdem haben diese Sensoren auch eine kürzere Einlaufzeit als elektrochemische XXS CO2 Sensoren. In diesem Bereich spricht man jedoch von sogenannten Mehrgaswarngeräten, deren Anschaffungspreis im unteren vierstelligen Bereich liegt. Diese Geräte können dafür, auf Wunsch, auch noch weitere Gaskonzentrationen auswerten, wofür jedoch zusätzlich die jeweiligen Sensoren angeschafft werden müssen. Diese hochprofessionellen Geräte werden zum Beispiel auch von Feuerwehren oder beim THW eingesetzt. Günstige Raumluftmessgeräte aus dem Elektronikhandel sind kein brauchbarer Ersatz, denn ihr Messbereich, sowie auch ihre Robustheit eignen sich nicht für den Untertage-Einsatz.


Die Anschaffung eines hochwertigen Gaswarngerätes treibt einem Privatanwender zwar preislich die Tränen in die Augen, aber man muss ganz deutlich sagen:
Ohne solch ein Gerät, keine Befahrung unbekannter und schlecht bewetterter unterirdischer Hohlräume, denn das wäre absolut lebensgefährlich.

Wenn Du unbedingt ein unterirdisches Abenteuer erleben willst, dann fahre lieber in eines der bekannten deutschen Höhlengebiete, mit frei betretbaren Höhlen, wie zum Beispiel die Fränkische Schweiz oder die Schwäbische Alb und erlebe dort ein schönes Höhlenabenteuer in einer der bekannten Höhlen. Dabei überlebst Du wenigstens!

Meine persönliche Lösung:

Ich habe mich für das Dräger-Mehrgasmessgerät X-am 5600 entschieden. Der Messbereich des Gerätes ist für alle Anwendungen im Altbergbau und bei Höhlen-Befahrungen ausreichend. Die Lebensdauer der von mir verwendeten Sensoren sollte, bei meiner doch eher seltenen Anwendung, deutlich über der empfohlenen Verwendungsdauer liegen — die des Dual-IR Ex/CO2 Sensors liegt wahrscheinlich sogar über der Lebensdauer des Messgerätes selbst.

ACHTUNG: Für den gewerblichen Einsatz unterliegen tragbare Gaswarngeräte - gleich von welchem Hersteller - verschiedensten technischen Richtlinien. Diese erfordern ständige Tests und regelmäßige Wartungen (alle paar Monate). Als Privatperson bin ich, für den Hobbybetrieb eines solchen Gerätes, jedoch nicht an Vorschriften gebunden und selbst Serviceintervalle liegen in meinem eigenen Ermessen.
Stacks Image 43
Der große Vorteil eines solchen Dräger-Mehrgasmessgerätes ist ausserdem, dass es auch vom Privatanwender selber eingestellt und in seiner Funktion getestet werden kann.

Mit einem optional erhältlichen "USB Dira PC-Interface" und einem Kalibriercradle ist man unabhängig von Herstellervorgaben und kann zahlreiche Einstellungen und Werte selber anpassen. Die dafür notwendige Software "Vision CC" wird von der Firma Dräger kostenfrei angeboten.


- USB Dira (Dräger 8317409)
- Kalibriercradle (Dräger
8318752)
Und mit solch einem Kalibrierungs-Set kann man jederzeit einen Funktionstest des Gerätes und der Sensoren, mit entsprechenden Prüfgasen durchführen.


- Bump TestStation X-am1/2/5X00 (Dräger 8319131)
- Prüfgas (in meinem Fall: Dräger 6812377)
In meinem Gerät verwende ich folgende Sensoren:
Stacks Image 54
Meine persönliche Anpassung der Standard-Alarmwerte (CO2):

ACHTUNG: Dies ist keine Empfehlung zur Anpassung der standardmäßig eingestellten Alarmwerte (MAK-/AGW-Werte) an einem Gaswarngerät. Eine solche Umprogrammierung muss jeder für sich selbst entscheiden und verantworten. Die Verträglichkeit einer Gaskonzentration kann sich von Person zu Person immens unterscheiden und ist unter anderem auch abhängig von ihrem gesundheitlichem Zustand, ihrer aktuellen Tagesform, sowie der körperlichen Belastung bei einer Unternehmung!

Ich habe mich für die Überschreitung der CO2-Grenzwertempfehlungen auf 1,5 Vol.% (Alarmwert 1) und 2,0 Vol.% (Alarmwert 2) entschieden, da in unterirdischen Hohlräumen nicht selten CO2-Werte von über 0,5 Vol.% vorkommen. Das Gerät würde daher ständig Alarme ausgeben, obwohl die vorhandene CO2-Konzentration noch relativ geringe Auswirkungen auf den Körper hat. Würde man eine Befahrung bereits beim Erreichen von 0,5 Vol.% CO2 abbrechen, wären nahezu keine Befahrungen unterirdischer Hohlräume möglich. Beim Erreichen von 2,0 Vol.% CO2 würde ich eine Befahrung allerdings
sofort abbrechen und mich auf den Rückweg machen.

—————————————————

Beim Dräger X-am 5600 auch noch zu beachten:
Da die Sensoren ständig Strom verbrauchen und somit die interne Pufferbatterie verbrauchen würden, sollte auch das ausgeschaltete Gerät immer in die Ladeschale eingelegt werden. Das Gerät niemals längere Zeit (maximal 1 Woche) ohne Energieversorgung lagern!

Stacks Image 61

Dräger X-am 5600
(Dräger 8321050)

Stacks Image 66

Lademodul
(Dräger
8320333)

Stacks Image 71

Gummi-Gehäuseschutz
(Dräger
8321506)

Hier die Infos zur CO2-Gefahr in einem meiner Videos!

—————————————————

Fragen zur Verwendung anderer Geräte / Reicht nicht auch ein O2-Sensor?

Hochwertige CO2-Sensoren und/oder Geräte mit verbauten CO2-Sensoren sind in der Anschaffung leider immer recht teuer. Nicht selten kommt daher die Frage auf, ob Gaswarngeräte für die Erkundung unterirdischer Hohlräume zwingend einen CO2-Sensor benötigen. Reicht hier nicht vielleicht auch nur ein Sauerstoff-Sensor aus, mit dem man das CO2 dann quasi über die Sauerstoffverdrängung messen kann?

NEIN, denn auf diese Weise setzt man sich lebensbedrohlichen Gefahren aus. Gaswarngeräte sind normalerweise auf einen Alarmwert von 19 Vol.% für den Sauerstoffmangel eingestellt. Bei diesem Sauerstoffwert können aber bereits bis zu 9,5 Vol.% CO2 auftreten. Ein CO2-Wert, der hochgefährlich ist und in kürzester Zeit den Tod bedeutet. Die natürliche Sauerstoffkonzentration unserer Atemluft liegt bei 20,9 Vol.% und wird dieser Wert auch nur um 0,1 Vol.% unterschritten spricht man bereits von einem Sauerstoffmangel. Selbst bei einer Verringerung der Sauerstoffkonzentration auf nur 20,4 Vol.% muss schon mit einem Fremdgas-Anteil von 2,5 Vol.% gerechnet werden. Wer sich also rein auf Angaben aus rechnerischen Tabellen verlässt und davon ausgeht, dass die Atemluft erst mit einem Sauerstoffgehalt von unterhalb 17 Vol.% Gesundheitsschäden verursacht und erst bei unter 10 Vol.% eine Lebensgefahr besteht, der hat sich noch zu wenig mit diesem speziellen Thema beschäftigt. Gasbezogene Unglücksfälle bei der Befahrung unterirdischer Hohlräume geschehen in der Hauptsache nicht durch zu wenig Sauerstoff, sondern durch zu viel Kohlendioxid.

Die Verträglichkeit einer Gaskonzentration kann sich ausserdem von Person zu Person immens unterscheiden und ist unter anderem auch abhängig von ihrem gesundheitlichem Zustand, ihrer aktuellen Tagesform, sowie der körperlichen Belastung bei einer Unternehmung. Tabellarische Angaben könne also immer nur grobe Richtwerte geben. Es gab bereits Fälle, in denen eine CO2-Konzentration von nur 2,5 Vol.% ausgereicht hat, um einen erwachsenen Mann benommen umfallen zu lassen. Und das obwohl Standard-CO2-Tabellen eine schwach narkotische Wirkung erst ab 3 Vol.% angeben. Während sich eine Person bei 5 Vol.% CO2 nur mit hochrotem Kopf benommen fühlt, könnte der gleiche Wert für eine andere Person bereits den Tod bedeuten. Und natürlich spielt dabei auch immer die Expositionsdauer im Gas eine wichtige Rolle, also die Zeitspanne in der man sich in einer erhöhten CO2-Konzentration aufhält.

Ein weiterer Vorteil der ständigen CO2-Messung ist es auch, schon frühzeitig auf eventuelle Gefahren aufmerksam gemacht werden zu können. Stellt man bei der Befahrung unterirdischer Hohlräume auch nur einen leichten Anstieg von CO2 fest, sollten die aktuellen Werte regelmäßig abgelesen werden - auch wenn das Gerät noch gar keinen Alarm von sich gegeben hat. Ansteigende CO2-Werte sind immer Hinweis für eine schlechte Bewetterung. Der fachkundige Untertage-Abenteurer sollte in diesem Fall ständig damit rechnen, jederzeit auf noch höhere Gaskonzentrationen treffen zu können. Insbesondere wenn man sich abwärts bewegt (Gehen oder Abseilen) oder auch wenn man sich nur auf den Boden legt, um einen tiefer liegenden Bereich in Augenschein nehmen zu können oder um durch einen engen Schluf zu robben. Nahezu überall könnte sich eine unsichtbare Sprungschicht befinden (sog. CO2-Sumpf), in der sich vielleicht gar kein Sauerstoff mehr befindet. Eine absolut tödliche Gefahr. Ist man durch steigende Werte seines CO2-Sensors jedoch bereits vorgewarnt, könnte man entsprechende Bereiche erst einmal testen, indem man das Gerät entsprechend positioniert. Das kann auch soweit gehen, dass man sein Gasmessgerät erst einmal an einer Schnur in einen Abgrund herablässt, bevor man den Bereich betritt oder in ihn abseilt. Einen gefährlichen CO2-Sumpf könnte man sich auch selber schaffen, wenn man zum Beispiel längere Zeit kopfüber in einem Loch liegt in dem man arbeitet, um sich Zugang zu einem neuen Bereich zu verschaffen. Unsere Ausatemluft enthält 4 Vol.% CO2 und der vorhandene Sauerstoff ist eben irgendwann einmal verbraucht. Auch hier sollte das CO2-Messgerät sicherheitshalber in der Nähe sein.

Also, man kann nicht rein durch eine gemessene Sauerstoffverdrängung auf eine gefährliche CO2-Konzentration schließen. Für die Befahrung unterirdischer Hohlräume muss ein Gaswarngerät
zwingend über einen CO2-Sensor verfügen. Geräte für eine solche Verwendung, jedoch ohne integrierte CO2-Messung, können leider nur als bessere Kanarienvögel bezeichnet werden. Ein weiterer Sauerstoff-Sensor ist dann eher als netter, zusätzlicher Luxus anzusehen. Viel wichtiger für Altbergbau-Befahrungen wäre da noch ein Ex-Sensor, der vor einer zu hohen Methan-Konzentration warnen kann.

Abschließend noch eine Warnung vor sehr einfachen Geräten mit CO2-Sensoren. Es gibt im Handel mehrere CO2-Warngeräte, die aufgrund ihres augenscheinlich recht günstigen Anschaffungspreises interessant klingen dürften. Hier sollte man vor einem Kauf aber unbedingt einen Blick in die technischen Beschreibungen werfen und nach den Ansprechzeiten für den Sensor suchen. Sensoren mit einer CO2-Ansprechzeit von 2 Minuten sind nicht für die Befahrung unterirdischer Hohlräume geeignet (Vergleich: DrägerSensor IR CO2 = 31 Sek.).