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Große Tümmler können viele Minuten unter Wasser bleiben, obschon die gewöhnliche Tauchdauer nur bei etwa 30 Sekunden liegt. Delfine können nicht nur lange unter Wasser bleiben, sondern auch tief tauchen. Die in den Delfinarien der Welt gehaltenen Großen Tümmler stammen jedoch von den flachen, zumeist nur wenige Meter tiefen Küstengewässern, wo ein tiefes Tauchen nicht möglich ist. Neben der Küstenform der Großen Tümmler gibt es allerdings auch Delfine, die abseits der Küsten im offenen Meer leben und dort Tauchtiefen bis zu 400 m erreichen können. Hierzu sind einige wichtige körperliche Voraussetzungen notwendig, denn in solch einer Tiefe ist ein enormer Druck gegeben, dem ein menschlicher Körper nicht standhalten könnte. Delfine können etwa 80% des eingeatmeten Sauerstoffs anstatt in den Lungen zu speichern an ihr Muskelgewebe binden, um hiermit genügend Sauerstoff für einen langen Tauchgang zur Verfügung zu haben. Die Tiere haben beim Tauchen somit nur sehr wenig Luft in den Lungen, so dass die Lungen beim Tieftauchen fast vollständig zusammengedrückt werden können, ohne hierbei jedoch Schaden zu nehmen. Die übrigen Organe hingegen sind reich an Wasser und öligen Flüssigkeiten und können dem Druck gut standhalten. Darüber hinaus haben alle Blutgefäße dicke muskulöse Wände, so dass selbst durch den enormen Druck von Außen auch der Blutkreislauf nicht beeinträchtigt wird.

Neben einem hervorragend ausgebildeten Gehör besitzen Delfine ein auf Schall beruhendes Sinnesorgan, das so genanntes Sonarsystem, das in ähnlicher Form z.B. auch bei Fledermäusen gegeben ist. Das Sonarsystem dient dazu, sich im Dunkeln oder über große Distanzen zu orientieren. Da der Schall sich im Wasser sehr viel schneller und intensiver ausbreitet, als an der Luft, ist eine Orientierung mit Hilfe des Gehörsinns unter Wasser besonders vorteilhaft. Das Sonarsystem beruht auf der Aussendung und dem Empfangen von hochfrequenten Tönen. Der Delfin entsendet im Ultraschallbereich sogenannte Klicks. Die Schallwellen dieser Klicks werden ähnlich einem Echo von Objekten reflektiert. Der Delfin empfängt diese reflektierenden Ultraschallwellen und kann sich hieraus ein Bild seiner Umgebung oder eines Objektes machen oder die Entfernung des Objektes bestimmen. Die Reichweite des Sonars liegt bei etwa 100 Metern. Darüber hinaus kann der Delfin das Sonar auch im Nahbereich nutzen, um die Oberflächenbeschaffenheit von Objekten oder andere Detailinformationen zu bestimmen. Das Sonar der Delfine funktioniert ausschließlich unter Wasser und diente als Vorbild für das Echoortungssystem moderner U-Boote und Schiffe.

Regelmäßig führen die Großen Tümmler in Duisburg vor, das ihr Sonar keinesfalls im Delfinarium verkümmert. Ihre Augen werden dann mit Augenklappen verschlossen. Ein kleiner Fisch aus Gummi, der in seinem Inneren einen luftgefüllten Ballon und ein Bleigewicht trägt, sinkt auf den Grund des Delfinariums. Der „blinde“ Große Tümmler sucht ihn mit Hilfe seines Sonars und bringt ihn zurück zum Tierpfleger. Die Delfine können so ihr Sonar ganz gezielt ein- und ausschalten und nur im Bedarfsfall gebrauchen.