Человек в подводном царстве
Что же заставило древнейшего человека сделать первый шаг в завоевании подводного мира океана? Спасался ли он от лесного пожара, хотел ли подобрать слишком далеко залетевшее копье или прельстился аппетитными устрицами? Кто знает? Но факт остается фактом: уже в глубокой древности люди встали на путь, который в конце концов привел их к освоению трансконтинентальных водных дорог, позволил углубиться в таинственный мир волнующегося океана и достичь его предельных глубин.
Первыми ныряльщиками скорее всего были сборщики съедобных моллюсков. Эта форма промысла особенно успешно развивалась на берегах теплых морей, где тело пловца не подвергается переохлаждению. В некоторых раковинах, кроме вкусной мякоти, попадались красивые блестящие шарики жемчуга, которые, вне всякого сомнения, не оставались без внимания. Затем начали добывать кораллы, красивые раковины, губки. Обнаженный ныряльщик, вооружившись ножом и сеточкой для сбора добычи, зажимал между ног камень и смело бросался в пучину. И в наши дни арабы, ловцы жемчуга в Красном и Аравийском морях, а также профессиональные ныряльщики из индийского племени парава не знают ни акваланга, ни маски. Вся их экипировка осталась точно такой, какой была тысячу и десятки тысяч лет назад.
Человек начал постигать водолазное дело давно, чуть ли не в каменном веке. Почему именно «водолазное»? Чем ныряльщик отличается от водолаза?
Ныряльщик имеет под водой только то, что ему даровано природой, водолаз, кроме того, использует специальное оборудование, благодаря чему обладает целым рядом преимуществ. Даже хорошо тренированные ныряльщики могут оставаться под водой не более полутора минут и спускаться на глубину 25—30 метров. Только отдельные рекордсмены способны задержать дыхание на 3— 4,5 минуты и нырнуть несколько глубже. Используя такое простейшее приспособление, как дыхательная трубка, можно находиться под водой очень долго, правда, глубина погружения при этом способе дыхания не превышает одного метра. На большей глубине вдох через трубку произвести нельзя, так как для этого не хватает мускульной силы грудной клетки, которая снаружи испытывает значительное давление морской воды, тогда как легкие сохраняют нормальное давление атмосферного воздуха.
Хотя возможности в древнем мире были сильно ограничены, все же попытки изготовить примитивное оборудование для дыхания на небольшой глубине предпринимались. Например, использовался перевернутый вверх дном деревянный или металлический сосуд (колокол). С помощью грузов он опускался на дно, и ныряльщик мог некоторое время пользоваться там запасом воздуха и даже периодически покидать его. Однако вскоре воздух в нем вследствие насыщения углекислотой становился непригодным для дыхания, и все сооружение приходилось поднимать для вентиляции.
Не менее сложно дело обстояло с ориентировкой и зрением под водой. Человеческий глаз прекрасно приспособлен для воздушной среды и совершенно никуда не годен, если голова опущена в воду. Мало того, что и пресная и морская вода щиплет глаза, заставляя непривычного ныряльщика крепко зажмуриваться, коэффициент преломления воды почти равен коэффициенту преломления самого глаза, поэтому хрусталик не в состоянии сфокусировать изображение на сетчатку. Если незащищенный глаз соприкасается непосредственно с водой, то фокус изображения предмета оказывается далеко за сетчаткой и человек видит все в тумане, как если бы страдал чудовищной дальнозоркостью— свыше плюс 20 диоптрий.
Еще до того, как были изобретены подводные очки и маска со стеклом, ныряльщики использовали тончайшие пластинки из полированного рога или панциря морской черепахи. С помощью куска материи, пропитанного смолой, которая обеспечивала герметизацию и водонепроницаемость, полупрозрачные пластинки укрепляли перед глазами.
Без этих приспособлений вряд ли было возможно проводить такие трудоемкие и сложные подводные работы, как строительство (и разрушение) бонов, углубление гаваней, обнаружение и подъем затонувших грузов, поиски мелких предметов и т. д.
Заманчивая перспектива освоить подводный мир побуждала многих пытливых людей к конструированию более совершенного оборудования. В одной из записных книжек Леонардо да Винчи имеются наброски дыхательных аппаратов и водолазного костюма. С изобретением стекла проблема изготовления очков для ныряния значительно упростилась, хотя по непонятным причинам ими пользовались далеко не везде.
Гораздо труднее было решить проблему дыхания под водой с подачей водолазу свежего воздуха. Средневековые и даже более поздние изобретатели не имели никакого понятия о физиологии дыхания и газообмене в легких. Француз Фремине решил, что разница между вдыхаемым и выдыхаемым воздухом заключается только в температуре. В 1774 году он предложил нехитрую конструкцию из шлема и небольшого воздушного резервуара, соединенных несколькими медными трубками, проходя через которые выдыхаемый воздух должен был охлаждаться под водой и, таким образом, снова становиться пригодным для дыхания. К удивлению Фремине, «регенерация» у него не получилась.
На Руси уже в глубокую старину ныряльщики в холодных и чистых северных реках добывали знаменитый русский жемчуг, но они не пользовались никакими приспособлениями. В эпоху Петра I с выходом России к морским побережьям интерес к водолазному делу возрос.
В 1719 году Ефим Никонов, крестьянин подмосковного села Покровского, предложил сделать кожаный водолазный костюм с бочонком, который надевался на голову и имел стеклянные окошки «как раз против глаз». Возможно, что конструкция Е. Никонова и была бы им в конце концов доведена до состояния, пригодного к эксплуатации, но изобретателю не повезло. Одновременно с водолазным костюмом он спроектировал также и «потаенное судно» (деревянную подводную лодку), которое при испытании потерпело аварию, и Е. Никонову было отказано в средствах.
Когда стало ясно, что дышать через трубку на глубине свыше метра невозможно, а взятого с собой в мешке запаса воздуха хватает лишь на несколько секунд, его решили нагнетать под воду. Вначале для этой цели пробовали использовать мехи, какими обычно кузнецы раздували горящие угли. Однако дело от этого ничуть не выиграло. Раздувая мехи, можно подавать много воздуха, но заставить его углубиться под воду более чем на метр никому не удавалось, так как мехи не создавали необходимого давления. Только после изобретения нагнетательного воздушного насоса подача водолазу воздуха на значительную глубину стала реальной.
Независимо друг от друга англичанин А. Зибе ( в 1819 году) и кронштадтский механик Гаузен ( в 1829 году) спроектировали и изготовили водолазные костюмы — открытые снизу водолазные шлемы, в которые , по шлангу с помощью насоса накачивался воздух. Легкий наклон подводника приводил к заполнению шлема водой. Чтобы дать возможность водолазу свободно работать на дне, стали изготавливать полные костюмы, а выдыхаемый воздух удалять не через открытый край шлема, а травить с помощью специального клапана.
Ручной насос целых сто лет верой и правдой служил водолазам. Пока один из них находился на дне, два (а то и четыре) человека непременно должны были качать ему воздух. Замена ручного труда механической помпой освободила этих людей от однообразного и утомительного труда, но не улучшила положение водолаза и условий его работы на дне. Тяжелый шланг стеснял движения и ограничивал дальность перемещения. Хотя шланг служил той спасительной жилой, по которой подводник получал воздух, но часто он был и причиной гибели водолаза: пережим или повреждение шланга, как правило, заканчивалось трагически. В связи с этим возникла идея изготовления автономного водолазного снаряжения, в котором подводник не зависел бы от подачи воздуха с поверхности и не ограничивался в своих движениях. Попыток спроектировать такое оборудование было много, но только в середине XX века появился надежный аппарат, который теперь повсюду известен под названием акваланга.
Дыхательный автомат — главная часть акваланга — был изобретен французами Жак-Ивом Кусто и Эмилем Ганьяном. В разгар второй мировой войны, в 1943 году, Жак-Ив Кусто и два его друга — Филипп Тайе и Фредерик Дюма впервые испытали новое приспособление для погружения под воду. К тому времени они уже пользовались маской с широким окном, шноркелем и ластами. Первый опыт превзошел все ожидания. Аппарат работал четко, легкие водолаза без усилий вдыхали чистый, свежий воздух из стального баллона. Аквалангист свободно погружался и всплывал, не испытывая никаких неудобств. За последующие десятилетия прибор был усовершенствован, но в основных частях он не изменился.
При всех достоинствах акваланга он не позволял производить глубокое погружение; впрочем, и водолаз в так называемом мягком комбинезоне при условии получения воздуха по шлангу без риска для жизни тоже не может переступить стометровый барьер глубины. Делались попытки изготовить для работы на большой глубине жесткий скафандр, напоминающий панцирь рака. Человек, помещенный внутрь такого сложного и очень тяжелого устройства, с большим трудом может шевелиться на дне, и практически его пребывание там становится бессмысленным. Главным препятствием для глубоководных погружений по-прежнему оставалась проблема дыхания.
Воздух, которым все человечество дышит на поверхности земли, с погружением на 40—60 метров вызывает у водолаза отравление, сходное с алкогольным опьянением. Ничего не подозревающий подводник, достигнув критической глубины, теряет контроль над своими поступками, что нередко приводит к трагическому концу. Как показали специальные исследования, главная причина «глубинного опьянения» заключается в действии на нервную систему азота, находящегося под большим давлением.
Заменив азот в баллонах акваланга инертным гелием, удалось избежать этой опасности, но появилась другая проблема. Оказалось, что организм человека очень чувствителен к процентному содержанию кислорода во вдыхаемой смеси.
В течение всей длительной эволюции наземные животные (и произошедший от них человек) дышали воздухом, содержащим около 21 процента кислорода при нормальном атмосферном давлении. Естественно, что человеческий организм приспособлен именно к этим условиям и всякое отклонение от них вызывает нарушение его функций. Если содержание кислорода уменьшится до 16 процентов (при нормальном давлении), наступает явление кислородного голодания. Оно характеризуется внезапной потерей сознания, что особенно опасно для человека, находящегося под водой. Повышение содержания кислорода во вдыхаемой смеси может вызвать отравление, приводящее к отеку легких и их тяжелому воспалению.
С увеличением давления опасность кислородного отравления возрастает. Расчеты показали, что на глубине 100 метров вдыхаемая смесь должна содержать всего 2—6 процентов кислорода, а на глубине 200 метров — не более 1—3 процентов. Обеспечение водолаза, опускающегося на большую глубину, несколькими различными по составу дыхательными смесями встретило ряд технических затруднений.
Серьезным препятствием к завоеванию глубин является также необходимость декомпрессии. В результате воздействия большого давления в крови водолаза растворяются газы, входящие в состав дыхательной смеси. При быстром подъеме кровь подводника «вскипает» подобно газированной воде, когда откупоривают бутылку. Мельчайшие пузырьки газа закупоривают капиллярные сосуды кровеносной системы, вызывая опасное заболевание — эмболию (кессонную болезнь). Если при этом будут затронуты такие жизненно важные органы, как головной мозг и сердце, может наступить смерть.
Профилактика кессонной болезни заключается в длительном периоде декомпрессии, то есть медленном подъеме водолаза с остановками на нескольких промежуточных этапах. Поэтому время спуска и подъема водолаза на большую глубину затягивается на несколько часов, а для работы на дне остаются считанные минуты.
Энтузиасты завоевания «голубого континента» предлагают преодолеть сопротивление глубины двумя способами. Первый из них — замена легких жабрами— абсолютно нереален. Выступая в 1962 году на Лондонском конгрессе подводников, Жак Кусто высказал мысль о том, что красивая сказка об Ихтиандре вскоре сможет стать реальностью. По его мнению, подводный человек будущего вообще не будет нуждаться в воздухе. Легкие во избежание баротравм заполнят жидким пластиком, а дышать этот морской житель станет с помощью искусственных жабр.
При всем уважении к заслугам Жака Кусто в области освоения водной стихии нужно признать подобную идею совершенно несостоятельной ни с технической, ни с анатомической, ни с физиологической точек зрения. Простая человечность не допустит навсегда лишить кого-либо радостей земной жизни и безвозвратно упрятать его в чуждую человеку стихию. Не следует забывать также экономическую и организационную стороны вопроса. Пребывание одного человека под водой (так же как полет в космос) обеспечивается многими людьми на Земле. Абсолютно независимая жизнь человека в водной среде невозможна.
Другой способ освоения владений Посейдона заключается в создании подводных помещений, где водолазы могли бы вести нормальную жизнь и лабораторные исследования, периодически покидая свой подводный дом для работы. В этом случае необходимость в декомпрессии отпадает, так как в таких подводных домах предусматривается создание соответствующего давления. Первые эксперименты по длительному пребыванию человека под водой были проведены в 1962 году. В них участвовали сотрудники Жак-Ива Кусто и американского исследователя Эдвина Линка. В 1965 году экипаж французской подводной базы «Пре-континенталь-3» в составе шести человек провел на глубине 100 метров целый месяц.
Широко известны также исследования, проводившиеся с советских подводных лабораторий «Ихтиандр», «Садко» и «Черномор». Всего с 1962 года проведено свыше полусотни экспериментов с многосуточным пребыванием людей под водой.
Таким образом, практика организации подводных баз для долговременного пребывания человека под водой с целью проведения технических и исследовательских работ полностью оправдала себя и оказалась весьма перспективной. Наиболее удобен этот метод для изучения жизни в море, но, кроме биологов, в подводных домах успешно трудились также морские геологи, гидрофизики, гидрохимики и техники.
Длительное пребывание на глубине еще раз подтвердило необходимость привлечения к делу завоевания глубин врачей-физиологов. Техническое и медицинское обеспечение позволяет человеку в водолазном костюме опускаться все глубже и глубже.
Первым стометровый барьер перешагнул американец Мак Нол. В 1937 году он достиг рекордной глубины 135 метров. Два года спустя советские водолазы Л. Кобзарь и П. Выгулярный, дышавшие гелиевой смесью, побывали на глубине 157 метров. Чтобы достичь двухсотметровой отметки, понадобилось еще 10 лет. На этот рубеж вышли два других советских водолаза — И. Выскребенцев и Б. Иванов.
Завоевание глубины нередко оплачивается дорогой ценой. В 1958 году подводными погружениями увлекся профессор Цюрихского университета Ганс Келлер. Это был вовсе не убеленный сединами старец, а юноша в расцвете сил: талантливому математику едва исполнилось 26 лет. Действуя на свой страх и риск, он принялся конструировать аппаратуру и рассчитывать состав газовых смесей и сроки декомпрессии, сохраняя все данные в глубокой тайне. Правда, он широко пользовался консультациями своего коллеги профессора А. Бюль-мана, известного специалиста по физиологии дыхания.
Г. Келлер изготовил из старого топливного бака подобие водолазного колокола и уже через год спустился в нем на дно Цюрихского озера на глубину 120 метров. Главный секрет Г. Келлера заключался в рекордно коротких сроках декомпрессий, но он мечтал о мировом рекорде глубины. Ему пришлось внести значительные изменения в конструкцию дыхательного аппарата. На глубине около 200 метров расход газа, необходимого для дыхания одного человека, превышает 500 литров в минуту. Температура струи, выходящей из стального баллона под большим давлением, падает значительно ниже ноля градусов, и автомат обычного акваланга замерзает.
Работами Г. Келлера заинтересовались военно-морские силы США, и очередное погружение состоялось 4 декабря 1962 года в Калифорнийском заливе. Для этой цели с борта американского судна «Эврика» спустили специально сконструированный подводный лифт «Атлантис». Вместе с Г. Келлером на дно отправился английский журналист Питер Смолл. Там оба акванавта должны были покинуть лифт и водрузить на трехсотметровой глубине швейцарский и американский флаги.
С борта «Эврики» за погружением следили с помощью телевизионных камер. Вскоре после спуска лифта на экране показался лишь один человек. Не покидая трапа, он бросил на дно флаг и скрылся. Стало ясно, что стряслось что-то неладное, и лифт начали поднимать. Как установили впоследствии, произошла утечка дыхательной смеси, и оба акванавта потеряли сознание. Навстречу аварийному лифту нырнули два аквалангиста из группы обеспечения — студент К. Уиттекер и водолаз-профессионал Д. Андерсен. Они осмотрели лифт на глубине 60 метров, где была сделана остановка для декомпрессии и, не обнаружив никаких дефектов, вернулись на судно.
Несмотря на протесты специалистов, которые считали невозможным вторичное погружение на такую глубину, оба аквалангиста снова ушли под воду, так как давление в «Атлантисе» продолжало катастрофически падать и находящимся в нем людям грозила смерть. На этот раз дефект был найден и устранен. К. Уиттекер отправился наверх, чтобы дать сигнал для подъема лифта, но так и не показался на поверхности.
Поиски его не увенчались успехом. Между тем «Атлантис» подняли на борт судна, и Г. Келлер вскоре пришел в себя. П. Смолл, находившийся в крайне тяжелом состоянии, скончался еще в период декомпрессии. Самое печальное в этой истории заключается в нарушении правил водолазной безопасности. Комитет судебных экспертов установил, что П. Смолл, возможно, остался бы жив, если бы его подвергли дополнительной декомпрессии. Кстати, погоня за рекордом оказалась напрасной. Дело в том, что в 1956 году на трехсотметровой глубине уже побывали три советских водолаза — Д. Лимбенс, В. Шалаев и В. Курочкин.
|
|
Читайте в рубрике «Подводное плавание»: |