Что мешает человеку проникнуть на большие глубины?

Ткани человеческого организма состоят из мельчайших клеток с жидким содержимым, на 80% состоящим 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", неслучайно.

Известно, что давление даже на земле (например, давление, развиваемое насосом) измеряют в метрах водяного столба, причем с достаточной точностью можно считать, что абсолютное давление, создаваемое столбом воды высотой 10 м, будет равно 2 кгс/см², на глубине 20 м - 3 кгс/см² и т. д.

Благодаря малой сжимаемости жидкости механическое действие давления воды на ткани человеческого тела не так уж опасно. Установлено, что избыточное механическое давление воды может привести к расстройству жизнедеятельности клеток организма человека только примерно при 300-400 кгс/см², 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. Их организмы также состоят из клеток, сходных с клетками наземных животных. Американец Вильям Биби, опустившийся в батисфере на 923 м, видел на этой глубине кита; французы Гуго 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, то сжатие полостей, заполненных газами или воздухом, может привести к 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. Не следует забывать, что нормально, на поверхности, на эти органы уже действует нагрузка 3000 кг (которую, кстати, мы 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 стенки грудной клетки.

Хуже дело обстоит при сжатии воздуха, заполняющего среднее ухо и лобные пазухи. Вдавливание барабанных перепонок, происходящее в случае быстрого нарастания давления, может вызвать их разрыв. Поэтому водолазу при спуске необходимо делать глотательные движения, которые способствуют сокращению мышц, раскрывающих устья евстахиевых труб (Евстахиева труба - узкий канал, соединяющий носоглотку со средним ухом), и выравниванию давления. При работе водолаза на постоянной глубине давление в среднем ухе становится равным наружному.

Подъем водолаза с глубины иногда приводит к неприятным последствиям. 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 большом количестве, чем при атмосферном давлении. Степень такого насыщения тканей газами зависит от глубины спуска, от времени пребывания под водой и от характера работ водолаза; различные ткани человеческого организма насыщаются газами неодинаково.

При подъеме водолаза происходит выделение избыточного воздуха через легкие. В случае быстрого подъема пузырьки воздуха, состоящие главным образом из азота (примесь кислорода и углекислоты незначительна), выделяются прямо из крови (Это явление по характеру можно сравнить с выделением газов при открывании бутылок с шипучими напитками, например шампанским); 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 наступают параличи отдельных органов.

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

Следует напомнить, что киты тоже дышат атмосферным воздухом; ныряя, они быстро меняют глубину и, конечно, не делают остановок для декомпрессий, т. е. для 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 глубины 30-50 м азот вызывает опьянение (Строгой границы азотного опьянения нет. Существует индивидуальная выносливость к наркотическому действию азота). Доказано, что азот при повышенном давлении является наркотиком. Изобретатель акваланга, знаменитый строитель подводных домов француз Кусто пишет, что уже с глубины 30 м он начинает чувствовать головокружение, после которого 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 его вдыхание даже при атмосферном давлении может вызвать заболевание воспалением легких. При абсолютном давлении 3 кгс/см² 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. Пожалуй, самым тяжелым препятствием следует считать трудность газообмена л, в легких при дыхании газовыми смесями, сжатыми под большим давлением. Так, на глубине погружения 150 м удельный вес воздуха в 16 раз больше атмосферного. При такой плотности воздух с трудом протекает через узкие легочные пути. 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 человека.

В годы второй мировой войны было применено оборудование, позволяющее водолазу опускаться в мягком скафандре на глубину 180 м. Достижению такой глубины способствовало главным образом использование для дыхания гелиокислородных 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, хотя не избавляет от опасности кессонной болезни.

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 кгс/см² ядовит, поэтому процентное содержание кислорода в гелиокислородной смеси должно быть таким, чтобы его парциальное давление не превышало опасного предела.

Очень интересные опыты по глубоководным погружениям производит швейцарский математик Ганс Келлер. Он не только совершил необычное погружение в легководолазном снаряжении, перешагнув 300-метровый порог глубины, но и нарушил все каноны, по которым при подъеме обязательны длительные остановки.

Как это удалось ему сделать? На данный 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 250000 цифр), устанавливающую зависимость между скоростью подъема, глубиной погружения и химическим составом газовой смеси для дыхания.

Гораздо больше подробностей 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 уж законы капиталистического мира, в котором живет 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 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 28 мин.

Аппарат Келлера Атлантис.

23 августа 1960 г. на озере Лаго-Маджоре он погрузился в изобретенном им аппарате на глубину 155 м и всплыл всего за 45 мин (вместо 7 ч по существующим правилам). По сообщениям печати, его аппарат представлял простейший водолазный колокол, снабженный четырьмя баллонами с секретной газовой смесью. Келлер был одет в гидрокостюм "мокрого" типа. При погружении давление внутри колокола равно давлению воды на конечной глубине, 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 кгс/см², 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 мин, а подъем около 60 мин. 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 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, имею идем внизу люк для выхода в воду (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 мин эта глубина была достигнута. На поверхности воды появились большие пузыри; это показывало, что герметичность аппарата, видимо, была нарушена. Телефон молчал. На помощь Келлеру и его спутнику быстро нырнули двое пловцов. Достигнув аппарата, они обнаружили, что его люк закрыт неплотно из-за попавшего под него 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 мин 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 жизней. Этому немало способствовали атмосфера секретности и рекламная шумиха при нарочитой примитивности водолазного оборудования. Знания и опыт помогли самому Келлеру выжить.

В настоящее время Келлер является главой фирмы, выполняющей подводные работы; в частности, фирма работает по заказам американских нефтепромышленников, сотрудничает с французской фирмой Спиротехник, изготовляющей водолазное снаряжение. Рекорд глубины, установленной Келлером, перекрыт в 1963 г. французами, погрузившимися в Средиземном море на глубину 365 м.

Таким образом, с развитием техники водолазного дела увеличивается глубина погружений даже в мягком скафандре. В этом заслуга не только инженеров и самих водолазов, но и ученых. Недаром в опытах Келлера принимал участие профессор физики Альберт Бюльман. Цель работ Келлера - обеспечение быстрого подъема водолаза без обычной декомпрессии. В настоящее время французы Делоз и Фрюктуз готовятся к погружениям до 600 м.