Дихайте глибше: людина спускається на глибину, недоступну атомним підводним човнам.
Ми живемо на планеті води, але земні океани знаємо гірше, ніж деякі космічні тіла. Більше половини поверхні Марса артографовано з роздільною здатністю близько 20 м - і тільки 10 − 15% океанського дна вивчені при роздільній здатності хоча б 100 м. На Місяці побувало 12 осіб, на дні Маріанської западини - троє, і всі вони не змели і носа висунути з надміцних батискафів.
Занурюємося
Головна складність в освоєнні Світового океану - це тиск: на кожні 10 м глибини воно збільшується ще на одну атмосферу. Коли рахунок доходить до тисяч метрів і сотень атмосфер, змінюється все. Рідини течуть інакше, незвично поводяться гази... Апарати, здатні витримати ці умови, залишаються штучним продуктом, і навіть найсучасніші субмарини на такий тиск не розраховані. Гранична глибина занурення новітніх АПЛ проекту 955 «Борей» становить всього 480 м.
Водолазів, які спускаються на сотні метрів, шанобливо звуть акванавтами, порівнюючи їх з підкорювачами космосу. Але безодня морів по-своєму небезпечніше космічного вакууму. Случись что, работающий на МКС экипаж сможет перейти в пристыкованный корабль и через несколько часов окажется на поверхности Земли. Водолазам цей шлях закритий: щоб евакуюватися з глибини, можуть знадобитися тижні. І термін цей не скоротити ні за яких обставин.
Втім, на глибину існує й альтернативний шлях. Замість того щоб створювати все більш міцні корпуси, можна відправити туди... живих водолазів. Рекорд тиску, перенесеного випробувачами в лабораторії, майже вдвічі перевищує здатності підводних човнів. Тут немає нічого неймовірного: клітини всіх живих організмів заповнені тією ж водою, яка вільно передає тиск у всіх напрямках.
Клітини не протистоять водному стовпу, як тверді корпуси субмарин, вони компенсують зовнішній тиск внутрішнім. Недарма мешканці «чорних курців», включаючи круглих хробаків і креветок, прекрасно себе почувають на багатокілометровій глибині океанського дна. Деякі види бактерій непогано переносять навіть тисячі атмосфер. Людина тут не виняток - з тією лише різницею, що їй потрібне повітря.
Під поверхнею
Кисень Дихальні трубки з тростини були відомі ще могіканам Фенімора Купера. Сьогодні на зміну порожнім стеблям рослин прийшли трубки з пластику, «анатомічної форми» і зі зручними загубниками. Однак ефективності їм це не додало: заважають закони фізики та біології.
Вже на метровій глибині тиск на грудну клітку піднімається до 1,1 атм - до самого повітря додається 0,1 атм водного стовпа. Дихання тут вимагає помітного зусилля міжреберних м'язів, і впоратися з цим можуть тільки треновані атлети. При цьому навіть їх сил вистачить ненадовго і максимум на 4 − 5 м глибини, а новачкам важко дається дихання і на півметрі. До того ж чим довша трубка, тим більше повітря міститься в ній самій. «Робочий» дихальний обсяг легенів становить в середньому 500 мл, і після кожного видиху частина відпрацьованого повітря залишається в трубці. Кожен вдих приносить все менше кисню і все більше вуглекислого газу.
Щоб доставляти свіже повітря, потрібна примусова вентиляція. Нагнітаючи газ під підвищеним тиском, можна полегшити роботу м'язам грудної клітини. Такий підхід застосовується вже не одне століття. Ручні насоси відомі водолазам з XVII століття, а в середині XIX століття англійські будівельники, які зводили підводні фундаменти для опор мостів, вже довго працювали в атмосфері стисненого повітря. Для робіт використовувалися товстостінні, відкриті знизу підводні камери, в яких підтримували високий тиск. Тобто кесони.
Глибше 10 м
Під час роботи в самих кесонах жодних проблем не виникало. Але ось при поверненні на поверхню у будівельників часто розвивалися симптоми, які французькі фізіологи Поль і Ваттель описали в 1854 році як On ne paie ^'en sortant - «розплата на виході». Це міг бути сильний свербіж шкіри або запаморочення, болі в суглобах і м'язах. У найважчих випадках розвивалися паралічі, наступала втрата свідомості, а потім і загибель.
Обладунок проти тиску
Щоб відправитися на глибину без будь-яких складнощів, пов'язаних з екстремальним тиском, можна використовувати надміцні скафандри. Це надзвичайно складні системи, що витримують занурення на сотні метрів і зберігають всередині комфортний тиск в 1 атм. Правда, вони досить дороги: наприклад, ціна нещодавно представленого скафандра канадської фірми Nuytco Research Ltd. EXOSUIT становить близько мільйона доларів.
Проблема в тому, що кількість розчиненого в рідині газу прямо залежить від тиску над нею. Це стосується і повітря, яке містить близько 21% кисню і 78% азоту (іншими газами - вуглекислим, неоном, гелієм, метаном, воднем тощо. можна знехтувати: їх вміст не перевищує 1%). Якщо кисень швидко засвоюється, то азот просто насичує кров та інші тканини: при підвищенні тиску на 1 атм в організмі розчиняється додатково близько 1 л азоту.
При швидкому зниженні тиску надлишок газу починає виділятися бурхливо, іноді спінюючись, як розкрита пляшка шампанського. З'являються бульбашки можуть фізично деформувати тканини, закупорювати судини і позбавляти їх постачання кров'ю, призводячи до найрізноманітніших і часто важких симптомів. На щастя, фізіологи розібралися з цим механізмом досить швидко, і вже в 1890-х роках декомпресійну хворобу вдавалося запобігти, застосовуючи поступове і обережне зниження тиску до норми - так, щоб азот виходив з організму пості "