При свръхдълбоко гмуркане човек може да живее на дълбочина 700 м
Супер дълбоко гмуркане: може ли човек да живее на дълбочина 700 м?
Ние живеем на водна планета, но знаем по-малко за океаните на Земята, отколкото за някои космически тела. Повече от половината повърхност на Марс е артографирана с разделителна способност от около 20 м - и само 10-15% от океанското дъно е изследвано с разделителна способност най-малко 100 м. 12 души са посетили Луната, трима души са посетили дъното на Марианската падина и всички те не смеят да подадат носа си от тежкотоварните батискафи.
Гмуркаме се
Има обаче алтернативен път към дълбочината. Вместо да създавате все по-издръжливи корпуси, можете да изпратите там ... живи водолази. Рекордът на налягането, издържано от тестерите в лабораторията, е почти два пъти по-голям от капацитета на подводниците. Тук няма нищо невероятно: клетките на всички живи организми са пълни с една и съща вода, която свободно пренася налягане във всички посоки.
Клетките не се съпротивляват на водния стълб, както твърдите корпуси на подводниците, те компенсират външното налягане с вътрешното. Нищо чудно, че обитателите на "черните пушачи", включително кръгли червеи и скариди, се чувстват страхотно на много километри дълбочина на океанското дъно. Някои видове бактерии понасят добре дори хиляди атмосфери. Тук човекът не прави изключение – с тази единствена разлика, че му трябва въздух.
Под повърхността
Вече на метър дълбочина налягането върху гърдите се повишава до 1,1 атм - към самия въздух се добавя 0,1 атм от водния стълб. Дишането тук изисква забележимо усилие на междуребрените мускули и само обучени спортисти могат да се справят с това. В същото време дори тяхната сила ще бъде достатъчна за кратко време и максимум 4-5 м дълбочина, а за начинаещите е трудно да дишат дори на половин метър. Освен това, колкото по-дълга е тръбата, толкова повече въздух съдържа. "Работен" дихателен обемсредно 500 ml, като след всяко издишване част от изходящия въздух остава в тръбата. Всеки дъх носи по-малко кислород и повече въглероден диоксид.
За подаване на чист въздух е необходима принудителна вентилация. Чрез изпомпване на газ под високо налягане е възможно да се улесни работата на гръдните мускули. Този подход се използва повече от век. Ръчните помпи са известни на водолазите от 17-ти век, а в средата на 19-ти век английските строители, които изграждат подводни основи за мостови колони, вече работят дълго време в атмосфера на сгъстен въздух. За работата са използвани дебелостенни подводни камери, отворени отдолу, в които се поддържа високо налягане. Тоест кесони.
По-дълбоко от 10м
При бързо намаляване на налягането, излишният газ започва да се отделя бурно, понякога се пени като отворена бутилка шампанско. Получените мехури могат физически да деформират тъканите, да запушат съдовете и да прекъснат кръвоснабдяването им, което води до голямо разнообразие от и често тежки симптоми. За щастие, физиолозите разбраха този механизъм доста бързо и още през 1890 г. декомпресионната болест може да бъде предотвратена чрез прилагане на постепенно и внимателно намаляване на налягането до нормалното - така че азотът да напуска тялото постепенно и кръвта и другите течности да не „кипят“.
В началото на 20 век английският изследовател Джон Халдейн съставя подробни таблици с препоръки за оптималните режими на спускане и изкачване, компресия и декомпресия. Експериментирайки с животни, а след това и с хора - включително себе си и близките си - Халдейн установи, че максималната безопасна дълбочина, която не изисква декомпресия, е около 10 м, а дори и по-малко при дълго гмуркане. Връщането от дълбочина трябва да става на етапии бавно, за да се даде време на азота да се освободи, но е по-добре да се спуска доста бързо, намалявайки времето за навлизане на излишния газ в тъканите на тялото. Хората отвориха нови граници на дълбочината.
По-дълбоко от 40 м
Въпреки всички изследвания, механизмът на азотна интоксикация не е установен в детайли - същото обаче може да се каже за ефекта на обикновения алкохол. И двете нарушават нормалното предаване на сигнали в синапсите на нервните клетки и вероятно дори променят пропускливостта на клетъчните мембрани, превръщайки йонообменните процеси на повърхностите на невроните в пълен хаос. Външно и двете се проявяват по подобен начин. Гмуркач, "уловил азотна катерица", губи контрол над себе си. Той може да изпадне в паника и да пререже маркучите или, обратно, да се увлече, като преразказва вицове на стадо смешни акули.
Можете да се отървете от анестезиращия ефект на азота, като намалите приема му в тялото. Така действат нитроксните дихателни смеси, съдържащи повишено (понякога до 36%) съотношение на кислород и съответно намалено количество азот. Още по-изкушаващо би било да се премине към чист кислород. В крайна сметка това би позволило четирикратно намаляване на обема на дихателните цилиндри или четирикратно увеличаване на времето за работа с тях. Кислородът обаче е активен елемент и при продължително вдишване е токсичен, особено под налягане.
Чистият кислород предизвиква интоксикация и еуфория, води до увреждане на мембраните в клетките на дихателните пътища. В същото време липсата на свободен (намален) хемоглобин затруднява отстраняването на въглеродния диоксид, води до хиперкапния и метаболитна ацидоза, предизвиквайки физиологични реакции на хипоксия. Човек се задушава, въпреки факта, че тялото му има достатъчно кислород. Както установи същият Халдейн младши, вече при налягане от 7 атм дишайте чистокислород не може да бъде по-дълъг от няколко минути, след което започват нарушения на дишането, конвулсии - всичко това на водолазен жаргон се нарича кратката дума "затъмнение".
Поради това парциалното налягане на кислорода по време на дишане в дълбочина се поддържа дори по-ниско от нормалното, а азотът се заменя с безопасен и нееуфоричен газ. Лекият водород би бил по-добър от другите, ако не беше неговата експлозивност в смес с кислород. В резултат на това водородът се използва рядко, а вторият най-лек газ, хелият, се превърна в обичаен заместител на азота в сместа. На негова основа се произвеждат кислородно-хелиеви или кислородно-хелиево-азотни дихателни смеси - хелиокси и тримикси.
По-дълбоко от 80 m
Ето защо в продължение на няколко десетилетия за тези цели се използват дълбоководни камери под налягане. Хората понякога живеят в тях цели седмици, работят на смени и правят екскурзии навън през шлюзовото отделение: налягането на дихателната смес в „жилището“ се поддържа равно на налягането на водната среда наоколо. И въпреки че декомпресията при изкачване от 100 м отнема около четири дни, а от 300 м - повече от седмица, приличен период на работа на дълбочина прави тези загуби на време напълно оправдани.
Методите за продължителен престой в среда с повишено налягане се разработват от средата на 20 век. Големите хипербарни комплекси позволиха да се създаде необходимото налягане в лабораторията, а смелите тестери от онова време поставиха един след друг рекорд, постепенно се преместиха в морето. През 1962 г. Робърт Стенуи прекарва 26 часа на дълбочина 61 м, ставайки първият акванавт, а три години по-късно шестима французи, дишащи тримикс, живеят на дълбочина 100 м почти три седмици.
Тук започнаха нови проблеми, свързани с дългия престой на хората в изолация и в изтощително некомфортна среда. Поради високата топлопроводимост на хелияводолазите губят топлина с всяко издишване на газовата смес и в своя "дом" те трябва да поддържат постоянно гореща атмосфера - около 30 ° C, а водата създава висока влажност. В допълнение, ниската плътност на хелия променя тембъра на гласа, което прави комуникацията много трудна. Но дори всички тези трудности взети заедно не биха поставили граница на нашите приключения в хипербарния свят. Има и по-важни ограничения. Защо да дишате със затворен нос
По-дълбоко от 600 м
Добавянето на малки (до 9%) количества азот към сместа кислород-хелий позволява донякъде да отслаби тези ефекти. Следователно рекордните гмуркания на хелиокс достигат ниво от 200-250 м, а на азотсъдържащ тримикс - около 450 м в открито море и 600 м в компресионна камера. Законодателите в тази област бяха - и все още са - френски акванавти. Променлив въздух, сложни дихателни смеси, хитри режими на гмуркане и декомпресия през 70-те години на миналия век позволиха на водолазите да преодолеят лентата от 700 м дълбочина, а COMEX, създаден от учениците на Жак Кусто, направи COMEX световен лидер в водолазните услуги за офшорни петролни платформи. Подробностите за тези операции остават военна и търговска тайна, така че изследователи от други страни се опитват да настигнат французите, движейки се по свой начин.
Опитвайки се да стигнат по-дълбоко, съветските физиолози изследват възможността за замяна на хелий с по-тежки газове като неон. Експерименти за симулиране на гмуркане до 400 м в кислородно-неонова атмосфера бяха проведени в хипербарния комплекс на Московския институт по биомедицински проблеми (ИМБП) на Руската академия на науките и в секретния "подводен" НИИ-40 на Министерството на отбраната, както и в Научно-изследователския институт по океанология на името на. Ширшов. Тежестта на неона обаче показа своята обратна страна.
Може да се изчисли, че дори при налягане от 35 atm, плътността на кислорода-неонова смес е равна на плътността на кислород-хелий при около 150 атм. И тогава - още: нашите дихателни пътища просто не са пригодени за "изпомпване" на такава гъста среда. Изпитателите на IBMP съобщиха, че когато белите дробове и бронхите работят с такава гъста смес, има странно и тежко усещане, "все едно не дишате, а пиете въздух". В будно състояние опитните водолази все още могат да се справят с това, но по време на периоди на сън - а не можете да стигнете до такава дълбочина, без да прекарате дълги дни в спускане и изкачване - те се събуждат от време на време с паническо усещане за задушаване. И въпреки че военните акванавти от НИИ-40 успяха да достигнат 450-метровата лента и да получат заслужените медали на Героите на Съветския съюз, това не реши фундаментално проблема.
Все още могат да бъдат поставени нови рекорди за гмуркане, но изглежда сме достигнали крайната граница. Непоносимата гъстота на дихателната смес, от една страна, и нервният синдром на високото налягане, от друга, очевидно поставят крайната граница на човешкото пътуване под екстремен натиск.
Течно дишане Един все още полуфантастичен подход за завладяване на дълбочината е използването на вещества, които могат да поемат доставянето на газове вместо въздух, като например заместителя на кръвната плазма перфторан. На теория белите дробове могат да се напълнят с тази синкава течност и, насищайки се с кислород, да се изпомпват, осигурявайки дишане без никаква газова смес. Този метод обаче остава дълбоко експериментален, много експерти го смятат за задънена улица, а например в САЩ използването на перфторан е официално забранено.
Харесахте ли нашия сайт? Присъединете се или се абонирайте (известията за нови теми ще бъдат изпращани на вашата поща) за нашия канал в Mirtesen!