ые вставлялся прозрачный материал, вероятно, стекло. Вдыхая воздух через трубку, соединенную с воздушным кожаным мешком, водолаз мог перемещаться по дну водоема на глубине до 3 м.
Толчком для развития средств проникновения человека в морские глубины явилось усовершенствование искусственного способа подачи воздуха с поверхности водолазу, получившему возможность находиться под водой довольно продолжительное время и передвигаться по дну на расстояние, ограниченное лишь длиной воздушного шланга. При этом увеличивающееся с глубиной давление воды преодолевалось давлением воздуха и объем воздушной подушки практически не менялся.
Прототипом современного вентилируемого водолазного снаряжения явилось снаряжение, предложенное в 1719 г. Ефимом Никоновым, уроженцем подмосковного села Покровское. Оно состояло из обшитого кожей деревянного шлема, прикрепляемых на груди и на ногах грузов и воздушного шланга, подводимого в верхнюю часть шлема. Только спустя 110 лет, в 1829 г., русским мастером Гаузеном было предложено усовершенствованное водолазное снаряжение, считавшееся по тому времени лучшим в мире.
Водолазное снаряжение Гаузена состояло из водонепроницаемой одежды, металлического шлема и грузов. Воздух с поверхности подавался в верхнюю часть шлема по шлангу. В таком снаряжении водолаз мог довольно свободно передвигаться по дну и выполнять отдельные несложные работы.
Можно сказать, что вентилируемое водолазное снаряжение Гаузена применяется и по сей день. Конечно, за время, прошедшее с 1829 г., в водолазное снаряжение Гаузена внесено много усовершенствований, но принцип его действия и назначение отдельных частей остались неизменными.
Как известно, наличие воздушного шланга ограничивает свободу передвижения водолаза по грунту. В связи с этим в 1871 г. русский изобретатель Александр Николаевич Лодыгин разработал проект первого автономного водолазного снаряжения. Водолаз, работавший в этом снаряжении, не зависел от подачи воздуха с поверхности, так как необходимый для дыхания запас воздуха носил на себе. Воздух, использованный водолазом, очищался пропусканием через специальный химический поглотитель. Одновременно было предложено автономное водолазное снаряжение, снабженное запасом кислорода (вместо воздуха) и химического вещества для поглощения углекислого газа, выдыхаемого водолазом (рис. 1).
Рис. 1. Подводный пловец в акваланге.
В наши дни глубина погружения водолаза ограничивается 60—100 м. Что же мешает человеку погружаться на большие глубины? Для выяснения этого вопроса рассмотрим механическое и биологическое воздействие давления воды, оказываемое на организм человека при погружении.
Известно, что столб воды высотой 10 м создает давление, равное одной атмосфере. Так, на глубине 100 м на человека будет действовать давление в 10 атмосфер, вызванное давлением воды, плюс давление в 1 атмосферу, вызванное давлением воздуха. Однако это суммарное давление тканями человека воспринимается сравнительно легко, так как последние включают около 90 % воды, которая, как известно, практически несжимаема.
Особенно опасно, когда появляется разница в давлении, например, разница между наружным давлением и давлением воздуха внутри организма человека (в легких, в полости среднего уха). Вот почему в легкие человека должен подаваться сжатый воздух, давление которого соответствует наружному давлению.
Таким образом, одно лишь механическое воздействие воды не вызывает затруднений для проникновения человека в морские глубины, равные даже 3–4 км, начиная с которых механическое воздействие давления воды приводит к расстройству жизнедеятельности клеток организма (в связи с заметной сжимаемостью воды при давлении 300–400 атмосфер).
Многочисленные исследования показывают, что основным препятствием для проникновения человека на большие глубины является биологическое воздействие повышенного давления на организм, сказывающееся прежде всего в функциональных изменениях деятельности организма.
Известно, что действие любого газа на организм зависит не только от его содержания в атмосфере, но и от его давления. Заметим, что газ, находящийся в составе газовой смеси, производит давление независимо от других газов. Это давление, называющееся парциальным, зависит от процентного содержания газа и величины общего давления газовой смеси.
Вдыхаемый человеком воздух состоит из азота, кислорода, аргона, неона, криптона, гелия, углекислого газа и других газов. Однако, в то время как на долю азота приходится 78,13 %, кислорода 20,9 %, аргона и других газов 0,94 % вдыхаемой человеком смеси, на долю углекислого газа приходится всего лишь 0,03 %.
Рассмотрим влияние каждого газа на организм человека при повышении давления воздуха.
Физиологами установлено, что действие любого газа на организм человека зависит от величины его парциального давления, но не от процентного содержания. Так, на организм водолаза при увеличении парциального давления азот действует наркотически, хотя процентное содержание его в сжатом воздухе остается таким же, как и на поверхности.
При нормальном давлении воздуха парциальное давление азота, равное 608 мм рт. ст., практически не оказывает никакого влияния на организм человека. Однако с повышением парциального давления азота человеком овладевает возбужденное состояние, похожее на опьянение. Так, уже при 6 атмосферах давления воздуха водолаз нередко начинает петь песни, возбужденно разговаривать, беспричинно смеяться. При увеличении давления воздуха опьяняющее действие азота усиливается и у водолаза пропадает память, наступает расстройство движений рук и пальцев, появляются галлюцинации. С дальнейшим нарастанием давления воздуха водолаз, как правило, теряет сознание.
Особенно сильное воздействие азота на организм проявляется при давлении, превышающем 6–8 атмосфер. Следовательно, можно сказать, что глубина погружения человека в вентилируемом сжатым воздухом водолазном снаряжении из-за воздействия азота на организм ограничивается 60 м. В настоящее время для дыхания водолаза при спусках на глубины 60 м и более используется не оказывающий на организм человека заметного наркотического действия гелий в смеси с кислородом.
Парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе составляет 160 мм рт. ст. (0,209 кг/см2). Практически установлено, что при парциальном давлении кислорода, равном 3 атмосферам и более, водолаз заболевает так называемым «кислородным отравлением».
Различают две формы кислородного отравления: легочную и судорожную. Легочная форма кислородного отравления развивается при длительном (более 10 ч) вдыхании сжатого воздуха, т. е. воздуха, в котором парциальное давление кислорода несколько повышено (до 2 атмосфер). Наиболее опасна судорожная форма кислородного отравления, наступающая при парциальном давлении кислорода, превышающем 3 атмосферы.
Парциальное давление кислорода в 3 атмосферы наступает на глубине около 140 м, значит, и глубина погружения человека в водолазном снаряжении, вентилируемом сжатым воздухом, ограничивается 140 м.
Несколько слов о насыщении организма водолаза индифферентными газами, в основном азотом. Индифферентные газы не участвуют в жизненных процессах и находятся в крови и тканях человека в растворенном состоянии. Количество растворенного в организме человека индифферентного газа пропорционально его парциальному давлению. С увеличением парциального давления индифферентного газа растворимость его в крови человека увеличивается. Растворенный газ разносится с кровью по всему организму, переходит в ткани и растворяется также и в них. Возвращаясь в легкие, кровь вновь насыщается газами и разносит их по всему организму. Так происходит до полного насыщения тканей индифферентными газами.
При понижении парциального давления газа описанный процесс идет в обратном порядке. Однако скорость насыщения и рассыщения неодинакова. Если насыщение организма газами происходит безболезненно, то при понижении давления (особенно при быстром понижении) газ из тканей выделяется так интенсивно, что кровь не успевает выносить его в легкие, и он задерживается в ней в виде мелких газовых пузырьков, которые, двигаясь вместе с током крови, закупоривают кровеносные сосуды, в результате чего может наступить паралич и даже смерть. Эту болезнь, называющуюся кессонной, можно предотвратить, совершая подъем водолаза с глубины постепенно, с остановками, во время которых газовые пузырьки растворяются в крови, и последняя успевает выносить газ в легкие. Постепенное снижение давления на организм водолаза называется декомпрессией.
Из приведенного выше анализа видно, что возможности спуска водолаза на большие глубины ограничены. Усиленные исследования, которые проводятся в США и в других капиталистических странах, показывают, что, применяя для дыхания различные смеси, человек может погружаться лишь на глубину до 200 м.
Правда, в последние годы отдельные исследователи погружались и на большие глубины. В связи с этим следует упомянуть о погружениях Ганса Келлера — молодого швейцарского математика, который совместно с известным врачом-физиологом Альбертом Бюльманом разработал новую теорию азотного наркоза. В противоположность общепринятой теории, согласно которой наркоз вызывается чрезмерным насыщением крови азотом, Келлер и Бюльман полагают, что причиной его является соединение кислорода высокого давления с большим количеством углекислого газа в крови. Основываясь на этом предположении, Келлер и Бюльман разработали теорию применения новых газовых смесей, а также некоторые технические приемы спусков и подъемов водолаза, благодаря которым Келлеру удалось сделать ряд погружений на глубину до 300 м; причем подъем с этих глубин производился в рекордно быстрое время. Так, подъем с глубины 155 м занял у Келлера всего 45 мин, в то время как по классической схеме декомпрессии он должен был длиться около 7 ч.
Исследования последних лет позволяют надеяться, что существуют неизведанные еще пути, следуя которыми, человек может проникать все дальше и дальше в глубь подводного мира.