-Покорение глубин-
Водолазное снаряжение и
подводные аппараты

Что мешает человеку проникнуть на глубину

Ткани человеческого организма построены из мельчайших клеток, которые заполнены жидкостью, на 80% состоящей из воды. При давлении, соответствующем глубинам, доступным для водолаза в мягком скафандре, вода, а следовательно и клетки тела, практически несжимаемы. Кстати, выражение «давление, соответствующее глубине», не случайно.

Известно, что давление даже на земле (например, давление, развиваемое насосом) измеряется в метрах водяного столба, причем с достаточной точностью можно считать, что давление, которое создает столб воды высотой 10 м, равно давлению в одну атмосферу — 1 атм. При погружении человека под воду на него, кроме воды, будет давить и атмосфера, т. е. воздух, давление которого равно 1 атм. Таким образом, абсолютное давление под водой на глубине 10 м будет равно 2 атм, на глубине 20 м — 3 атм и т. д.

Благодаря малой сжимаемости жидкости механическое действие давления воды на ткани человеческого тела не так уж опасно. Установлено, что механическое давление воды может привести к расстройству жизнедеятельности клеток организма человека только при давлениях порядка 300—400 атм, что соответствует погружению на глубины 3—4 км.

В самом деле, рыбы и другие животные встречаются на всех глубинах Мирового океана. Правда, это особые глубоководные животные, рождающиеся на этих глубинах, но их организмы также состоят из клеток, сходных с клетками наземных животных. Американец Вильям Биби, опустившийся в батисфере на 923 м, видел на этой глубине обыкновенного кита; французы Гуо и Вильм на глубине 4000 м обнаружили белоглазых акул, а Жак Пикар и Дон Уолш на глубине 10919 м видели креветку и рыбу.

Но если для человека не опасно давление, сжимающее части тела, не имеющие пустот (например, конечности), то сжатие полостей, заполненных газами или воздухом, может привести к самым неприятным последствиям. При площади подвижной части грудной клетки и живота, равной у человека среднего роста 3000 см2, уже на глубине 1 м эти органы подвергаются давлению 3300 кг. При этом не следует забывать, что нормально, на поверхности, на эти органы уже действует нагрузка 3000 кг (которую, кстати, мы совершенно не ощущаем).

Для уравновешивания этой сжимающей внешней силы в легкие водолаза подается воздух под давлением, равным давлению окружающей среды; благодаря такому выравниванию давлений изнутри и снаружи сжатие будут испытывать только сами стенки грудной клетки.

Хуже обстоит дело при сжатии воздуха, заполняющего среднее ухо и лобные пазухи. При быстром нарастании давления происходит вдавливание барабанных перепонок и может наступить их разрыв. Чтобы избежать этого, водолазу при спуске необходимо делать глотательные движения; при этом сокращаются мышцы, раскрывающие устья евстахиевых труб¹, и происходит выравнивание давления. При работе водолаза на постоянной глубине давление в среднем ухе установится равным наружному. При быстром подъеме, когда барабанные перепонки будут растягиваться в сторону слухового прохода, выравнивание давления достигается тем же способом, что и при погружении.

Вообще, при подъеме водолаза с глубины могут произойти большие неприятности. При быстром подъеме водолаз может заболеть кессонной болезнью. Дело в том, что с увеличением глубины погружения увеличивается весовое количество воздуха,, вдыхаемое водолазом за один вдох. Это следствие закона Бойля — Мариотта, по которому удельный вес газа прямо пропорционален давлению. Одновременно увеличивается растворимость воздуха в крови. Кровь разносит воздух из легких по всему телу, постепенно насыщая все ткани газами в большем количестве, чем при атмосферном давлении. Степень такого насыщения тканей газами зависит от глубины спуска, от времени пребывания под водой и от характера работы водолаза; различные ткани человеческого организма насыщаются газами неодинаково.

При подъеме водолаза происходит выделение избыточного воздуха через легкие. При быстром подъеме пузырьки воздуха, состоящие, главным образом, из азота (примесь кислорода и углекислоты незначительна), выделяются прямо в крови²; крупные пузырьки могут закупорить кровеносные сосуды и нарушить кровообращение отдельных частей организма. Кроме того, увеличение общего объема крови вследствие насыщения ее газовыми пузырьками может вызвать в разных частях тела растяжение и разрыв мелких кровеносных сосудов. Симптомы кессонной болезни таковы: головокружение, боли в суставах и мышцах, кожный зуд. В тяжелых случаях могут наступать параличи отдельных органов.

Но оказывается, что кессонную болезнь можно предупредить: чтобы выделение азота из крови не было столь бурным, подъем водолаза следует производить с остановками. Продолжительность и глубины остановок определяют по специальным таблицам.

Следует напомнить, что киты тоже дышат атмосферным воздухом; ныряя, они быстро меняют глубину и, конечно, не делают остановок для декомпрессии, т. е. выхода из крови сжатого воздуха. Однако киты не болеют кессонной болезнью. Объясняется это тем, что киты под водой не вдыхают сжатый воздух, а пользуются запасом воздуха в легких, который они вдохнули на поверхности; их кровь и ткани не перенасыщаются воздухом, а следовательно, отсутствует и причина, вызывающая кессонную болезнь.

Вредное действие азота не ограничивается кессонной болезнью. При спуске водолаза, начиная с глубин 30—50 м, азот вызывает опьянение³. Доказано, что азот при повышенном давлении является наркотиком. Изобретатель акваланга француз Кусто пишет, что уже с глубины 30 м у него наблюдается головокружение, после которого наступает необыкновенный подъем духа, когда все препятствия кажутся легко преодолимыми. Затем наступает вялость и сонливость. У некоторых людей азотное опьянение вызывает обморочное состояние и может привести к гибели.

Чтобы избавиться от вредных последствий вдыхания азота, казалось бы, следовало исключить его из состава воздуха, подаваемого водолазу, т. е. подавать чистый кислород, действительно необходимый для дыхания. Но, оказывается, организм человека не приспособлен к длительному вдыханию чистого кислорода. Продолжительное вдыхание чистого кислорода даже при атмосферном давлении может вызвать заболевание воспалением легких. При абсолютном же давлении 3 атм кислород ядовит. У водолаза, пользующегося кислородным прибором, при спуске на глубину более 20 м могут возникнуть судороги.

Все перечисленные препятствия к достижению больших глубин при достаточной тренировке, хорошем здоровье и соблюдении правил спуска и подъема в какой-то мере преодолимы. По жалуй, самым серьезным препятствием следует считать трудность газообмена в легких при дыхании газовыми смесями, сжатыми под большим давлением. Так, при глубине погружения 150 м удельный вес воздуха в 16 раз больше атмосферного. При такой плотности воздух с большим трудом протекает через узкие легочные пути. Пожалуй, выражение «нужен, как воздух», уже не подходит для водолазов, работающих на больших глубинах, где нужна газовая смесь, не имеющая тех свойств воздуха, которые вредно действуют на организм водолаза.

В годы второй мировой войны было применено оборудование, позволяющее водолазу опускаться в мягком скафандре на глубину до 180 м. Достижению такой глубины способствовало, главным образом, применение для дыхания гелиево-кислородных смесей. В этих смесях гелий заменяет азот воздуха. Гелий — нейтральный газ без цвета, запаха и вкуса. Благодаря тому, что гелий диффундирует быстрее и менее растворим в крови, он более приемлем для дыхания и вызывает меньше осложнений при подъеме водолаза, хотя не избавляет от опасности кессонной болезни.

Нужно отметить, что гелием разбавляют кислород для того, чтобы понизить его парциальное давление (парциальное давление газа равно произведению давления смеси на процентное содержание газа в смеси). Как уже упоминалось, кислород при абсолютном давлении свыше 3 атм ядовит, поэтому процентное содержание кислорода в гелиево-кислородной смеси должно быть таким, чтобы его парциальное давление не превышало опасного предела. Это значит, что, например, на глубине 200 м нужно применять гелиево-кислородную смесь с 15 %-ным содержанием кислорода; с уменьшением глубины погружения содержание кислорода можно увеличивать.

Очень интересные опыты по глубоководным погружениям производит швейцарский математик Ганс Келлер. Он не только совершил необычное погружение в легководолазном снаряжении, перешагнув 200-метровый порог глубины, долгое время считавшийся предельным для человека, но и сломал все каноны, предписывающие длительные остановки при подъеме.

Как это удалось сделать? На этот вопрос очень трудно ответить. Те скудные сведения, которые просочились в печать, лишь в некоторой степени приподнимают завесу над тайной Келлера.

Для устранения глубинного опьянения, причиной которого, по мнению Келлера, является отравление организма углекислым газом, водолаз должен вдыхать газовую смесь, образующую с углекислым газом безвредное соединение. В течение двух лет Ганс Келлер разрабатывал свою таблицу быстрого подъема (при этом было обработано около 250000 цифр), устанавливающую зависимость между скоростью подъема, глубиной погружения и химическим составом газовой смеси для дыхания.

Гораздо больше подробностей известно о результатах его опытов. И строгая засекреченность существа изобретения и широкая реклама самих погружений Келлера служат одной цели — исключив возможность конкуренции, как можно выгоднее продать секрет. Таковы звериные законы капиталистического мира, рабом которого остается Келлер. Вместе с тем нельзя не восхищаться его смелостью и точностью расчетов. Несомненно, что со временем его секрет станет широко известным, и человечество получит новое, совершенное средство для победы над глубинами.

Впервые имя Келлера появилось в печати в 1958 г. Тогда на Женевском озере он погрузился на глубину 96 м, причем подъем с этой глубины занял всего 28 минут.

23 августа 1960 г. на озере Лаго-Маджоре он погрузился в изобретенном им аппарате на глубину 155 м и всплыл всего за 45 минут (вместо 7 часов по существующим правилам). По сообщениям печати, его аппарат представлял собой простейший водолазный колокол из 200-литровой бензиновой бочки. Колокол был снабжен четырьмя баллонами с секретной газовой смесью.

Келлер одет в обычный водолазный костюм; без сомнения, при погружении давление. внутри колокола всегда остается равным наружному давлению воды, значит дело не в колоколе и не в костюме, а в том, что Келлер сумел найти особую газовую смесь, победившую глубинное опьянение и кессонную болезнь. Подтверждением чудесных свойств этой газовой смеси является «погружение» 25 апреля 1961 г., проделанное Келлером на поверхности (в декомпрессионной камере). За короткое время давление в камере было поднято до 30 атм, что соответствует глубине погружения 300 м. После выхода из камеры Келлер заявил о своем намерении погрузиться в море вначале на 250 м, а затем на 350 м\ Он уверен, что его газовая смесь позволит человеку опускаться даже на 1000 м\..

Затем последовал (29 июня 1961 г.) спуск на том же озере на глубину 222 м. Спуск занял 7 минут, а подъем около 60. Этот спуск Келлер совершил вместе с американцем, корреспондентом журнала «Лайф» Кеннетом Меклишем. Поэтому, естественно, пришлось познакомить Меклиша с некоторыми тайнами. Он узнал, что в начале и в конце спуска водолазам подается чистый кислород; ниже 17 м. водолазы вдыхают последовательно три газовые смеси, содержание кислорода в которых уменьшается с глубиной. Одна из смесей Келлера содержит 95% азота и только 5% кислорода.

Келлер добился своего: благодаря рекламе «Лайфа» его изобретением заинтересовались в США.

В декабре 1962 г. Келлер объявил о своем намерении погрузиться в Калифорнийском заливе на глубину 1000 футов (302 м). В этом рекордном погружении принял участие 35-летний англичанин Смолл, известный подводный спортсмен и журналист. Спуск, как и все предыдущие, производился в стальном цилиндре, снизу открытом для воды (аппарат этот был назван «Атлантис»). Согласно программе, по достижении заданной глубины водолазы должны были выйти из аппарата и укрепить на дне швейцарский и американский флаги.

Однако на этот раз события развивались не по программе и приняли трагический оборот. Американский морской офицер, наблюдавший за спуском по телевизору, заметил, что один из водолазов, выйдя из аппарата, неожиданно выбросил флаги и быстро вернулся в него. Тотчас же была дана команда о подъеме на сравнительно безопасную глубину — 60 м. Через 17 минут эта глубина была достигнута. На поверхности воды появились большие пузыри; это показывало, что, видимо, герметичность аппарата была нарушена. Телефон молчал. На помощь Келлеру и его спутнику нырнули двое опытных пловцов. Достигнув аппарата, они обнаружили, что его крышка закрыта неплотно из-за попавшего под нее резинового ласта. Ласт удалось протолкнуть внутрь аппарата ножом, после чего крышка закрылась и утечка газа прекратилась. Но из двух нырнувших на помощь пловцов на поверхность всплыл только один: по неизвестным причинам погиб Крис Уиттекер — 22-летний лондонский студент.

Когда через 20 минут аппарат был поднят на борт судна, Келлер и Смолл были без сознания. Келлер скоро пришел в себя и, ко всеобщему изумлению, первым делом выпустил секретную газовую смесь из баллонов. Тем временем Смоллу становилось все хуже. На морской станции Лонг-Бич его ждала карета скорой помощи, однако помощь береговых врачей Смоллу не потребовалась— он был мертв.

Последнее погружение в аппарате Келлера стоило двух человеческих жизней. Этому немало способствовали атмосфера секретности и рекламная шумиха при нарочитой примитивности водолазного оборудования. Знания и опыт помогли самому Келлеру выжить.

Таким образом, с развитием техники водолазного дела увеличивается глубина погружения даже в мягком скафандре. В этом заслуга не только инженеров и самих водолазов, но и ученых-физиологов. Недаром в опытах Келлера принимал участие профессор физиологии Альберт Бюльман.

1 - Евстахиева труба — узкий канал, соединяющий носоглотку со средним ухом.
2 - Это явление по характеру можно сравнить с выделением газов при открывании бутылок с шипучими напитками, например, шампанским.
3 - Строгой границы азотного опьянения нет. Существует индивидуальная выносливость к токсическому действию азота.

"Покорение глубин" М.Н. Диомидов, А.Н. Дмитриев