как киты дышат под водой

Но киты не рыбы - у них нет жабр, чтобы дышать растворенным воде кислородом. Киты дышат атмосферным воздухом, как и все млекомитающие, и потому вынуждены регулярно всплывать на поверхность. Ноздри у китов и дельфинов расположены на верхней части головы. Всплывая, кит делает сильный выдох, и вода под напором выходящего из легких воздуха образует знаменитый китовый фонтан. Плавая некоторое время возле поверхности, кит делает регулярные вдохи и выдохи, а затем, набрав побольше воздуха, вновь ныряет на глубину. Запаса воздуха китам хватает надолго. Кашалот, например, может не выныривать до полутора часов.

Не дышат они под водой. Просто задерживают дыхание до полутора часов.

никак они набирают воздух на поверхности

запасают воздух, а когда он подходит к концу подплывают на поверхность

Китообразные способны находиться под водой от 2—10 до 30—40 минут (кашалот — до 1,5 часов) . Длительность погружения обеспечивают большая ёмкость лёгких и повышенное содержание миоглобина в мышцах.
Процесс дыхания китообразных можно подразделить на выдох после длительного погружения, промежуточные акты дыхания и глубокий вдох перед следующим погружением.

Часть кислорода задерживается не в лёгких а в уже кровеносной системе. Так получается кашелотам нырнуть на очень большую глубину. Иначе они как поплавки на поверхности бы болтались.