Чем дышат водолазы на большой глубине

Как дышит водолаз

Вода гораздо плотнее воздуха. Давление водной среды во много раз превышает атмосферное. При увеличении глубины погружения на каждые 10 м давление возрастает на 1 кгс/см 2 . Следовательно, водолаз, дерзнувший опуститься на полукилометровую глубину (а эта глубина уже превзойдена в барокамере), будет подвергаться давлению, более чем в 50 раз превышающему нормальное!

Если перепад между давлением газов в легких и давлением водной среды снаружи грудной клетки составляет всего 100 – 200 мм водяного столба, дыхательные мышцы утомляются через несколько часов. Можно сделать несколько вдохов при перепаде 0,2 кгс/см 2 и даже немного большем. Дальнейшее же увеличение перепада приведет к травмированию легочной ткани. Поэтому для дыхания под водой используют воздух или искусственную газовую смесь, сжатую до давления окружающей человека водной среды.

Проблема снабжения водолаза газами для дыхания наиболее просто решается в снаряжении, известном под названием "вентилируемое". Водолаз, облаченный в прочную водонепроницаемую рубаху и герметично присоединяемый к ней жесткий шлем, полностью изолирован от воды. В пространство под шлемом с берега или с обеспечивающего судна непрерывно нагнетают по шлангу свежий воздух, а его излишки, смешанные с выдыхаемым воздухом, стравливаются в воду. Благодаря этому осуществляется постоянная вентиляция скафандра: удаляются углекислый газ и другие продукты дыхания, восстанавливается нормальное содержание кислорода.

Вентилируемое снаряжение широко распространено. Из всех видов водолазного снаряжения оно в наибольшей степени обеспечивает человеку нормальные условия существования под водой. Водолазу в нем тепло и сухо, голова его находится внутри просторного шлема с достаточно хорошим обзором, он может дышать неограниченно долго: ведь воздух все время подают сверху. В вентилируемом снаряжении водолаз способен находиться под водой часами и выполнять разного рода трудоемкие и сложные работы. Однако это снаряжение обладает и недостатками. "Тяжелый" водолаз лишен свободы перемещения по вертикали – он не может плавать в водной толще. Неравенство нагнетаемого я стравливаемого воздушных потоков приводит к тому, что объем скафандра все время меняется, хотя и незначительно. Чтобы предотвратить выброс на поверхность, водолаз надевает грузы и тяжелые галоши, позволяющие ему прочно стоять на грунте и ходить по дну. Тянущийся за водолазом воздушный шланг стесняет его движения, а неизбежная муть, поднимаемая со дна, ограничивает видимость.

Шланг и кабель-сигнал – предмет постоянных забот водолаза. Заклинить или пережать шланг – значит лишиться воздуха, запутать шланг или кабель-сигнал – возникнут серьезные затруднения при подъеме. Иногда водолаз вынужден всплывать на поверхность, перерезав застрявший шланг. При этом он использует остатки воздуха в скафандре.

Существенный недостаток вентилируемого снаряжения – его неэкономичность. Пока водолазу подают в скафандр обычный воздух, проблем не возникает. Но на больших глубинах необходимо перейти на искусственную дыхательную смесь. Вентилировать в этом случае скафандр неудобно и дорого. При глубоководных спусках применяется усовершенствованное снаряжение, оборудованное устройством для регенерации состава атмосферы под шлемом. Нагнетаемая по шлангу свежая смесь поступает в инжектор, с помощью которого смесь из скафандра засасывается в канал, ведущий в регенеративную коробку. Углекислый газ удаляется, вступая там в химическую реакцию с веществом-поглотителем. Расход газа, подаваемого водолазу, в таком снаряжении может быть уменьшен приблизительно в 10 раз.

Стремление к свободе и легкости передвижения под водой заставляло людей работать над созданием снаряжения принципиально иного типа – автономного.

Изобретение акваланга позволило перерубить "пуповину", связывавшую водолаза с обеспечивающим судном. Избавившись от обременяющего шланга и тяжелого неуклюжего скафандра, человек почувствовал себя, как рыба в воде. Простой и надежный в эксплуатации акваланг открыл дорогу в подводный мир миллионам людей.

Подводники с аквалангами погружаются на глубины в десятки метров, соперничая с водолазами в вентилируемом снаряжении. Запас воздуха, необходимого для дыхания, аквалангист несет на себе, в баллонах, укрепленных у него за спиной. Легочный автомат – "сердце" акваланга – снижает давление воздуха от 150- 200 кгс/см 2 до давления окружающей среды и подает его водолазу в момент вдоха в необходимом количестве.

Акваланг относят к автономному снаряжению с открытым или разомкнутым циклом дыхания, потому что выдох производится прямо в воду. При этом теряется много неиспользованного кислорода. В воздухе его содержится 21%, а гемоглобин крови успевает "связать" в среднем лишь 1 /5 этого количества. При повышении давления количество кислорода во вдыхаемом воздухе увеличивается пропорционально глубине, а количество усваиваемого кислорода (точнее, его масса) остается прежним; поэтому процент бесполезно утрачиваемого кислорода еще более возрастает. Азот, который в газообмене не участвует, просто перекачивается легкими из баллонов в воду. Поскольку легочная вентиляция (приведенный к нормальному давлению объем воздуха, проходящий через легкие в единицу времени) на глубине 10 м удваивается, а на глубине 20 м утраивается и т. д., запас воздуха, скажем, в отечественном акваланге АВМ-1М обеспечивает возможность дыхания у поверхности в течение часа, а на глубине 40 м – только 6 – 8 мин (с учетом времени на спуск и подъем).

Наиболее простой способ увеличить время пребывания на глубине – взять с собой больший запас воздуха, т. е. увеличить количество и емкость баллонов или давление воздуха в них. Однако при этом акваланги становятся слишком громоздкими и тяжелыми. Вот почему появилось снаряжение комбинированного типа- шланговые аппараты, в которых воздух, сжатый до 8- 10 избыточных атмосфер, поступает по шлангу из баллонов большой емкости с поверхности прямо в легочный автомат аппарата, надетого на водолаза. В случае внезапного прекращения подачи воздуха или запутывания шланга водолаз может легко отцепить его и спокойно выйти на поверхность, переключив аппарат на аварийный запас воздуха, который находится в небольших баллонах за его спиной. Однако ввиду применения шланга не устраняются недостатки и неудобства в работе, которые присущи вентилируемому снаряжению. Водолаз теряет автономность – самое ценное свойство акваланга.

Наиболее перспективный вид автономного снаряжения – снаряжение с замкнутым циклом дыхания. В нем теоретически возможно стопроцентное использование имеющихся запасов кислорода за счет постоянной циркуляции смеси по системе легкие-дыхательный мешок аппарата. Прежде чем попасть в мешок и оттуда снова в легкие, выдыхаемая водолазом смесь проходит через патрон с химическим поглотителем, который удаляет из нее углекислый газ. Расход кислорода во время дыхания пополняется из баллона с помощью кислородоподающего устройства; последнее автоматически обеспечивает приток кислорода в дыхательный мешок.

Еще в предвоенные годы были созданы первые несовершенные образцы снаряжения, относящегося к этому виду, – кислородные дыхательные аппараты. Роль дыхательной смеси в них выполняет чистый кислород. Эти аппараты сложны в эксплуатации, надежность даже современных моделей невысока, и гражданские водолазы их почти не используют. Кислородный аппарат позволяет водолазу достаточно долго находиться в воде, однако диапазон допустимых глубин ограничен. Длительное погружение в этом снаряжении на глубины свыше 15 – 20 м невозможно из-за отравления кислородом.

Чтобы увеличить глубину погружения в аппаратах с замкнутым циклом дыхания, можно использовать вместо чистого кислорода другую дыхательную смесь, например, обычный воздух. Это позволит опускаться на ту же глубину, что и в акваланге. Однако если скорость поглощения организмом кислорода из смеси, зависящая от многих факторов (физической нагрузки, состояния психики водолаза, условий окружающей среды и т. д.), превысит скорость поступления кислорода в дыхательный мешок или станет меньше нее, неизбежно соответственно кислородное голодание или отравление. Чтобы этого не случилось, необходимо постоянно следить за парциальным давлением кислорода в смеси и в случае отклонения от нормы изменять скорость его подачи.

Снаряжение с замкнутым циклом дыхания и автоматическим регулированием состава дыхательной смеси – самое перспективное снаряжение сегодняшнего дня. Обладая максимально возможной экономичностью, оно позволяет в то же время опускаться на любые глубины и работать там в течение нескольких часов. В конструкцию такого аппарата входят весьма сложные элементы: программное устройство, автоматически задающее оптимальный состав газовой смеси в соответствии с текущей глубиной погружения; датчик количества кислорода в газовой смеси, надежно работающий в широком диапазоне (от 21% и более у поверхности до сотых долей процента на глубинах в сотни метров); исполнительное устройство поддерживающее состав дыхательной смеси на заданном уровне, Работы по созданию таких аппаратов ведутся во многих странах мира. Совсем недавно первые их образцы успешно прошли испытания.

Читайте также:  Чай ахмад отзывы экспертов

В шестидесятых годах были созданы более простые и в то же время весьма экономичные аппараты, относящиеся к так называемому автономному снаряжению с полузамкнутым циклом дыхания. Баллоны такого аппарата содержат обычный воздух или же приготовленную заранее искусственную газовую смесь. Количественное соотношение компонентов может быть различным в зависимости от предполагаемой глубины погружения. Автоматический регулятор обеспечивает постоянное поступление смеси из баллонов в дыхательный мешок. Процесс дыхания, циркуляция смеси и ее химическая очистка происходят подобно аналогичным процессам в снаряжении с замкнутым циклом, за исключением одного существенного отличия. Часть смеси либо непрерывно, либо периодически во время выдоха стравливается в воду, и это, наряду с непрерывным поступлением свежей смеси из баллонов, предотвращает нарушение правильного соотношения компонентов (излишнее накопление какого-либо элемента – кислорода или инертного газа). Чтобы такая система контроля состава смеси действовала эффективно, достаточно за один и тот же промежуток времени стравливать в воду гораздо меньше смеси, чем стравливается в акваланге. Экономичность аппаратов с полузамкнутым циклом примерно в 10 раз превышает экономичность снаряжения с открытым циклом дыхания. Компоненты смеси могут храниться в баллонах раздельно, и их дифференцированная подача в мешок позволяет регулировать состав смеси в зависимости от глубины погружения.

Итак, проблема снабжения водолаза газами для дыхания сегодня уже может считаться в принципе ре-ной. И все же при любой, даже самой совершенной конструкции дыхательного аппарата возможности водолаза ограничены. Это объясняется неприспособленною человеческого организма к существованию в вод-

Мы живем на планете воды, но земные океаны знаем хуже, чем некоторые космические тела. Больше половины поверхности Марса артографировано с разрешением около 20 м — и только 10−15% океанского дна изучены при разрешении хотя бы 100 м. На Луне побывало 12 человек, на дне Марианской впадины — трое, и все они не смели и носа высунуть из сверхпрочных батискафов.

Погружаемся

Главная сложность в освоении Мирового океана — это давление: на каждые 10 м глубины оно увеличивается еще на одну атмосферу. Когда счет доходит до тысяч метров и сотен атмосфер, меняется все. Жидкости текут иначе, необычно ведут себя газы… Аппараты, способные выдержать эти условия, остаются штучным продуктом, и даже самые современные субмарины на такое давление не рассчитаны. Предельная глубина погружения новейших АПЛ проекта 955 «Борей» составляет всего 480 м.

Водолазов, спускающихся на сотни метров, уважительно зовут акванавтами, сравнивая их с покорителями космоса. Но бездна морей по‑своему опаснее космического вакуума. Случись что, работающий на МКС экипаж сможет перейти в пристыкованный корабль и через несколько часов окажется на поверхности Земли. Водолазам этот путь закрыт: чтобы эвакуироваться с глубины, могут потребоваться недели. И срок этот не сократить ни при каких обстоятельствах.

Впрочем, на глубину существует и альтернативный путь. Вместо того чтобы создавать все более прочные корпуса, можно отправить туда… живых водолазов. Рекорд давления, перенесенного испытателями в лаборатории, почти вдвое превышает способности подлодок. Тут нет ничего невероятного: клетки всех живых организмов заполнены той же водой, которая свободно передает давление во всех направлениях.

Клетки не противостоят водному столбу, как твердые корпуса субмарин, они компенсируют внешнее давление внутренним. Недаром обитатели «черных курильщиков», включая круглых червей и креветок, прекрасно себя чувствуют на многокилометровой глубине океанского дна. Некоторые виды бактерий неплохо переносят даже тысячи атмосфер. Человек здесь не исключение — с той лишь разницей, что ему нужен воздух.

Под поверхностью

Кислород Дыхательные трубки из тростника были известны еще могиканам Фенимора Купера. Сегодня на смену полым стеблям растений пришли трубки из пластика, «анатомической формы» и с удобными загубниками. Однако эффективности им это не прибавило: мешают законы физики и биологии.

Уже на метровой глубине давление на грудную клетку поднимается до 1,1 атм — к самому воздуху прибавляется 0,1 атм водного столба. Дыхание здесь требует заметного усилия межреберных мышц, и справиться с этим могут только тренированные атлеты. При этом даже их сил хватит ненадолго и максимум на 4−5 м глубины, а новичкам тяжело дается дыхание и на полуметре. Вдобавок чем длиннее трубка, тем больше воздуха содержится в ней самой. «Рабочий» дыхательный объем легких составляет в среднем 500 мл, и после каждого выдоха часть отработанного воздуха остается в трубке. Каждый вдох приносит все меньше кислорода и все больше углекислого газа.

Чтобы доставлять свежий воздух, требуется принудительная вентиляция. Нагнетая газ под повышенным давлением, можно облегчить работу мускулам грудной клетки. Такой подход применяется уже не одно столетие. Ручные насосы известны водолазам с XVII века, а в середине XIX века английские строители, возводившие подводные фундаменты для опор мостов, уже подолгу трудились в атмосфере сжатого воздуха. Для работ использовались толстостенные, открытые снизу подводные камеры, в которых поддерживали высокое давление. То есть кессоны.

Глубже 10 м

Азот Во время работы в самих кессонах никаких проблем не возникало. Но вот при возвращении на поверхность у строителей часто развивались симптомы, которые французские физиологи Поль и Ваттель описали в 1854 году как On ne paie qu’en sortant — «расплата на выходе». Это мог быть сильный зуд кожи или головокружение, боли в суставах и мышцах. В самых тяжелых случаях развивались параличи, наступала потеря сознания, а затем и гибель.

Доспех против давления Чтобы отправиться на глубину без каких-либо сложностей, связанных с экстремальным давлением, можно использовать сверхпрочные скафандры. Это чрезвычайно сложные системы, выдерживающие погружение на сотни метров и сохраняющие внутри комфортное давление в 1 атм. Правда, они весьма дороги: например, цена недавно представленного скафандра канадской фирмы Nuytco Research Ltd. EXOSUIT составляет около миллиона долларов.

Проблема в том, что количество растворенного в жидкости газа прямо зависит от давления над ней. Это касается и воздуха, который содержит около 21% кислорода и 78% азота (прочими газами — углекислым, неоном, гелием, метаном, водородом — можно пренебречь: их содержание не превышает 1%). Если кислород быстро усваивается, то азот просто насыщает кровь и другие ткани: при повышении давления на 1 атм в организме растворяется дополнительно около 1 л азота.

При быстром снижении давления избыток газа начинает выделяться бурно, иногда вспениваясь, как вскрытая бутылка шампанского. Появляющиеся пузырьки могут физически деформировать ткани, закупоривать сосуды и лишать их снабжения кровью, приводя к самым разнообразным и часто тяжелым симптомам. По счастью, физиологи разобрались с этим механизмом довольно быстро, и уже в 1890-х годах декомпрессионную болезнь удавалось предотвратить, применяя постепенное и осторожное снижение давления до нормы — так, чтобы азот выходил из организма постепенно, а кровь и другие жидкости не «закипали».

В начале ХХ века английский исследователь Джон Холдейн составил детальные таблицы с рекомендациями по оптимальным режимам спуска и подъема, компрессии и декомпрессии. Экспериментируя с животными, а затем и с людьми — в том числе с самим собой и своими близкими, — Холдейн выяснил, что максимальная безопасная глубина, не требующая декомпрессии, составляет около 10 м, а при длительном погружении — и того меньше. Возвращение с глубины должно производиться поэтапно и не спеша, чтобы дать азоту время высвободиться, зато спускаться лучше довольно быстро, сокращая время поступления избыточного газа в ткани организма. Людям открылись новые пределы глубины.

Глубже 40 м

Гелий Борьба с глубиной напоминает гонку вооружений. Найдя способ преодолеть очередное препятствие, люди делали еще несколько шагов — и встречали новую преграду. Так, следом за кессонной болезнью открылась напасть, которую дайверы почти любовно зовут «азотной белочкой». Дело в том, что в гипербарических условиях этот инертный газ начинает действовать не хуже крепкого алкоголя. В 1940-х опьяняющий эффект азота изучал другой Джон Холдейн, сын «того самого». Опасные эксперименты отца его ничуть не смущали, и он продолжил суровые опыты на себе и коллегах. «У одного из наших испытуемых произошел разрыв легкого, — фиксировал ученый в журнале, — но сейчас он поправляется».

Читайте также:  Телевизоры dexp кто производитель

Несмотря на все исследования, механизм азотного опьянения детально не установлен — впрочем, то же можно сказать и о действии обычного алкоголя. И тот и другой нарушают нормальную передачу сигналов в синапсах нервных клеток, а возможно, даже меняют проницаемость клеточных мембран, превращая ионообменные процессы на поверхностях нейронов в полный хаос. Внешне то и другое проявляется тоже схожим образом. Водолаз, «словивший азотную белочку», теряет контроль над собой. Он может впасть в панику и перерезать шланги или, наоборот, увлечься пересказом анекдотов стае веселых акул.

Наркотическим действием обладают и другие инертные газы, причем чем тяжелее их молекулы, тем меньшее давление требуется для того, чтобы этот эффект проявился. Например, ксенон анестезирует и при обычных условиях, а более легкий аргон — только при нескольких атмосферах. Впрочем, эти проявления глубоко индивидуальны, и некоторые люди, погружаясь, ощущают азотное опьянение намного раньше других.

Избавиться от анестезирующего действия азота можно, снизив его поступление в организм. Так работают дыхательные смеси нитроксы, содержащие увеличенную (иногда до 36%) долю кислорода и, соответственно, пониженное количество азота. Еще заманчивее было бы перейти на чистый кислород. Ведь это позволило бы вчетверо уменьшить объем дыхательных баллонов или вчетверо увеличить время работы с ними. Однако кислород — элемент активный, и при длительном вдыхании — токсичный, особенно под давлением.

Чистый кислород вызывает опьянение и эйфорию, ведет к повреждению мембран в клетках дыхательных путей. При этом нехватка свободного (восстановленного) гемоглобина затрудняет выведение углекислого газа, приводит к гиперкапнии и метаболическому ацидозу, запуская физиологические реакции гипоксии. Человек задыхается, несмотря на то что кислорода его организму вполне достаточно. Как установил тот же Холдейн-младший, уже при давлении в 7 атм дышать чистым кислородом можно не дольше нескольких минут, после чего начинаются нарушения дыхания, конвульсии — все то, что на дайверском сленге называется коротким словом «блэкаут».

Жидкостное дыхание

Пока еще полуфантастический подход к покорению глубины состоит в использовании веществ, способных взять на себя доставку газов вместо воздуха — например, заменителя плазмы крови перфторана. В теории, легкие можно заполнить этой голубоватой жидкостью и, насыщая кислородом, прокачивать ее насосами, обеспечивая дыхание вообще без газовой смеси. Впрочем, этот метод остается глубоко экспериментальным, многие специалисты считают его и вовсе тупиковым, а, например, в США применение перфторана официально запрещено.

Поэтому парциальное давление кислорода при дыхании на глубине поддерживается даже ниже обычного, а азот заменяют на безопасный и не вызывающий эйфории газ. Лучше других подошел бы легкий водород, если б не его взрывоопасность в смеси с кислородом. В итоге водород используется редко, а обычным заменителем азота в смеси стал второй по легкости газ, гелий. На его основе производят кислородно-гелиевые или кислородно-гелиево-азотные дыхательные смеси — гелиоксы и тримиксы.

Глубже 80 м

Сложные смеси Здесь стоит сказать, что компрессия и декомпрессия при давлениях в десятки и сотни атмосфер затягивается надолго. Настолько, что делает работу промышленных водолазов — например, при обслуживании морских нефтедобывающих платформ — малоэффективной. Время, проведенное на глубине, становится куда короче, чем долгие спуски и подъемы. Уже полчаса на 60 м выливаются в более чем часовую декомпрессию. После получаса на 160 м для возвращения понадобится больше 25 часов — а ведь водолазам приходится спускаться и ниже.

Поэтому уже несколько десятилетий для этих целей используют глубоководные барокамеры. Люди живут в них порой целыми неделями, работая посменно и совершая экскурсии наружу через шлюзовой отсек: давление дыхательной смеси в «жилище» поддерживается равным давлению водной среды вокруг. И хотя декомпрессия при подъеме со 100 м занимает около четырех суток, а с 300 м — больше недели, приличный срок работы на глубине делает эти потери времени вполне оправданными.

Методы длительного пребывания в среде с повышенным давлением прорабатывались с середины ХХ века. Большие гипербарические комплексы позволили создавать нужное давление в лабораторных условиях, и отважные испытатели того времени устанавливали один рекорд за другим, постепенно переходя и в море. В 1962 году Роберт Стенюи провел 26 часов на глубине 61 м, став первым акванавтом, а тремя годами позже шестеро французов, дыша тримиксом, прожили на глубине 100 м почти три недели.

Здесь начались новые проблемы, связанные с длительным пребыванием людей в изоляции и в изнурительно некомфортной обстановке. Из-за высокой теплопроводности гелия водолазы теряют тепло с каждым выдохом газовой смеси, и в их «доме» приходится поддерживать стабильно жаркую атмосферу — около 30 °C, а вода создает высокую влажность. Кроме того, низкая плотность гелия меняет тембр голоса, серьезно затрудняя общение. Но даже все эти трудности вместе взятые не поставили бы предел нашим приключениям в гипербарическом мире. Есть ограничения и поважнее.

Глубже 600 м

Предел В лабораторных экспериментах отдельные нейроны, растущие «в пробирке», плохо переносят экстремально высокое давление, демонстрируя беспорядочную гипервозбудимость. Похоже, что при этом заметно меняются свойства липидов клеточных мембран, так что противостоять этим эффектам невозможно. Результат можно наблюдать и в нервной системе человека под огромным давлением. Он начинает то и дело «отключаться», впадая в кратковременные периоды сна или ступора. Восприятие затрудняется, тело охватывает тремор, начинается паника: развивается нервный синдром высокого давления (НСВД), обусловленный самой физиологией нейронов.

Зачем дышать с закрытым носом Помимо легких, в организме есть и другие полости, содержащие воздух. Но они сообщаются с окружающей средой очень тонкими каналами, и давление в них выравнивается далеко не моментально. Например, полости среднего уха соединяются с носоглоткой лишь узкой евстахиевой трубой, которая к тому же часто забивается слизью. Связанные с этим неудобства знакомы многим пассажирам самолетов, которым приходится, плотно закрыв нос и рот, резко выдохнуть, уравнивая давление уха и внешней среды. Водолазы тоже применяют такое «продувание», а при насморке стараются вовсе не погружаться.

Добавление к кислородно-гелиевой смеси небольших (до 9%) количеств азота позволяет несколько ослабить эти эффекты. Поэтому рекордные погружения на гелиоксе достигают планки 200−250 м, а на азотсодержащем тримиксе — около 450 м в открытом море и 600 м в компрессионной камере. Законодателями в этой области стали — и до сих пор остаются — французские акванавты. Чередование воздуха, сложных дыхательных смесей, хитрых режимов погружения и декомпрессии еще в 1970-х позволило водолазам преодолеть планку в 700 м глубины, а созданную учениками Жака Кусто компанию COMEX сделало мировым лидером в водолазном обслуживании морских нефтедобывающих платформ. Детали этих операций остаются военной и коммерческой тайной, поэтому исследователи других стран пытаются догнать французов, двигаясь своими путями.

Пытаясь опуститься глубже, советские физиологи изучали возможность замены гелия более тяжелыми газами, например неоном. Эксперименты по имитации погружения на 400 м в кислородно-неоновой атмосфере проводились в гипербарическом комплексе московского Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН и в секретном «подводном» НИИ-40 Министерства обороны, а также в НИИ Океанологии им. Ширшова. Однако тяжесть неона продемонстрировала свою обратную сторону.

Можно подсчитать, что уже при давлении 35 атм плотность кислородно-неоновой смеси равна плотности кислородно-гелиевой примерно при 150 атм. А дальше — больше: наши воздухоносные пути просто не приспособлены для «прокачивания» такой густой среды. Испытатели ИМБП сообщали, что, когда легкие и бронхи работают со столь плотной смесью, возникает странное и тяжелое ощущение, «будто ты не дышишь, а пьешь воздух». В бодрствующем состоянии опытные водолазы еще способны с этим справиться, но в периоды сна — а на такую глубину не добраться, не потратив долгие дни на спуск и подъем — они то и дело просыпаются от панического ощущения удушья. И хотя военным акванавтам из НИИ-40 удалось достичь 450-метровой планки и получить заслуженные медали Героев Советского Союза, принципиально это вопроса не решило.

Читайте также:  Шаг вперед сочетание клавиш

Новые рекорды погружения еще могут быть поставлены, но мы, видимо, подобрались к последней границе. Невыносимая плотность дыхательной смеси, с одной стороны, и нервный синдром высоких давлений — с другой, видимо, ставят окончательный предел путешествиям человека под экстремальным давлением.

За помощь в подготовке статьи автор благодарит заведующего Отделом барофизиологии, баротерапии и водолазной медицины ИМБП РАН Владимира Комаревцева

В практике глубоководных спусков искусственные дыхательные газовые смеси стали применять не так давно – с последней трети 20 века. Это серьезно продвинуло вперед возможности водолазов на глубинах более 60 метров. И вот совсем недавно, с 2007 года, применение таких смесей позволило перейти на новую ступень – осуществлять не только глубоководные, но и автономные спуски.

Чем традиционно дышал водолаз под водой? Тем же, что и на земле – воздухом. Только подавали его под давлением, равным давлению окружающей среды. Это – непреложное правило для того, чтобы человек вообще мог вдохнуть на большой глубине. Но за всю официальную историю водолазания – а она началась еще в 18 веке – как дамоклов меч висела над головами энтузиастов угроза гибели от перемены давления на суше и под водой.

В 20 веке это явление назвали азотным наркозом. Он выражается в том, что на глубинах от 40-60 метров, в зависимости от индивидуальной чувствительности человека, начинают проявляться симптомы алкогольно-наркотического воздействия. Иногда это так и называют – глубинным опьянением, т.к. картина совершенно сходна с обычным алкогольным опьянением. Сам водолаз может замечать и контролировать этот процесс в зависимости от его морально-волевых качеств, и здесь, опять же, его поведение и ощущения под водой совершенно идентичны тому, как он себя ведет на суше.

На вопросы о том, как удалось решить проблему азотного наркоза, ответил начальник водолазного поисково-спасательного подразделения отряда Центроспас Вадим Гатилов.

– Почему профессиональная болезнь водолазов связана именно с азотом?

– Это распространенное заблуждение, что мы дышим кислородом. Не кислородом, а воздухом. А это определенна смесь газов, где кислорода – всего 21%. Еще один процент составляют криптон, аргон и т.д. А вот азота в воздухе – 78 %.

В обычной жизни это – индифферентный газ, который не участвует в обменных процессах. Но под давлением азот становится наркотиком, и, что еще опаснее, растворяясь в крови и тканях организма, он, при снижении давления, вызывает буквально «вскипание» крови (происходит выделение его в свободной фазе в виде пузырьков). Как издавна говорили врачи по этому поводу: «расплата подстерегает на выходе». Т.е. водолазы просто погибали после всплытия, а сути этой болезни никто не знал. А происходит закупорка сосудов, блокада кровообращения со всеми вытекающими последствиями. Эту болезнь позднее назвали кессоновой, т.к. страдали не только водолазы, но и те, кто работал в кессонах – подводных водонепроницаемых камерах. Сегодня это называется декомпрессионной болезнью, т.к. декомпрессия – это снижение давления.

В комплексе задач, возникающих перед водолазами, первоочередной оставалось решение проблемы азотного опьянения. Среди индифферентных газов стали искать заменители азота и, в конце концов, остановились на гелии. У него тоже были свои недостатки, но они проявлялись под значительно большим давлением (т.е. на бОльшей глубине).

И вот в начале 20 века, в период между двумя мировыми войнами, впервые задумались об использовании искусственных дыхательных газовых смесей.

Есть два способа их создания – полная замена азота гелием (кислородно-гелевая смесь, которая на Западе получила название Гелиокс), либо добавление последнего в состав воздуха (гелиэйр). Есть и трехкомпонетный способ получения смеси их чистых кислорода, азота и гелия. Чем, глубже предстоит погружение, тем меньше в смеси должно быть азота.

Интересно, что сначала начали применять чистые кислородно-гелиевые смеси, но выяснилось, что гелий имеет очень большую теплоемкость. И водолаз, дыша такой смесью, очень быстро замерзает. Поэтому, как показала практика, самыми удобными оказались воздушно-гелевые смеси.

– Когда впервые были использованы искусственные дыхательные газовые смеси?

– Впервые их применили в американском флоте перед войной, в 30-м году. В ходе операции было необходимо поднять затонувшую подводную лодку с глубины около 90 м. И тогда водолазы доказали, что работать с такими смесями удобно и безопасно.

После войны их стали активно применять на флоте в разных странах, т.к. глубоководные работы совершали, в основном, именно военные водолазы. Это было связано не столько с подъемом судов, сколько с оказанием аварийной помощи терпящим бедствие подводным лодкам.

Надо сказать, что на это тратились огромные средства. Гелий – очень дорогой газ: на земле известно всего 2 его источника. Шесть кубометров газа – один баллон – стоят около 10 тыс.рублей. Да и сами технологии изготовления искусственных смесей довольно затратны.

И все же новые методики позволили осуществить главное – предупредить развитие азотного наркоза. Теперь водолазы могут без последствий работать на глубинах около 100-120 метров.

– В каком ключе развивается практика водолазных спасательных работ сегодня?

– До 70-х годов 20 века все подводные работы проводились исключительно в шланговом снаряжении и с использованием водолазного колокола. Так же, как и на заре подводных спусков, колокол представляет собой подобие перевернутой бочки, где в газовой среде находятся водолазы. Их опускают на объект и дальше они выходят и работают. Затем они снова заходят туда, крышка колокола опускается, и их поднимают под этим давлением наверх и пристыковывают к барокамере, которая находится на судне-носителе этого глубоководного комплекса. Понятно, что это очень дорогостоящие и сложные в обслуживании объекты.

Но когда мы говорим о задачах, которые могут стоять перед спасательными подразделениями, первое, что важно – это время реагирования. Т.е. такое судно-носитель есть далеко не везде, и оказаться ему быстро в нужной точке проблематично.

Во-вторых, есть ряд задач, которые можно выполнить быстро. Например, подъем какого-нибудь небольшого предмета (типа «черного ящика»). Эту задачу могут быстро решить один-два человека. Но для этого им нужно снаряжение, которое позволит, с использованием искусственных газовых смесей, опуститься на приличную глубину и выполнить работу. В этом случае эффективнее использовать снаряжение, которое не связано с поверхностью кабелями и шлангами.

В связи с такими задачами не так давно начало развиваться новое направление водолазных работ – автономные глубоководные спуски.

Интересно, что эту методику профессиональные водолазы не используют. Исключение – специалисты американского флота, которые уничтожают донные мины.И вот не так давно практику глубоководных автономных спусков решили адаптировать к своим задачам российские спасатели.

С 2007 мы занялись планомерной работой в этом направлении, постепенно увеличивая глубины. На сегодня ставится задача работы на 100-120 метрах. Такая глубина обусловлена связанной с этим декомпрессией, которая проходит в воде, без использования барокамеры, а это очень длительный процесс.

В ходе совершенствования методик, водолазы МЧС обратились за советом к технодайверам, которые не ограничены в своей работе рамками регламента. Поэтому у них накопился достаточно обширный опыт, который может помочь и в спасательных работах. Здесь только учитывается, что уровень безопасности у водолазов МЧС, конечно, закладывается больший, чем у частных лиц. Поэтому позволить себе безрассудный риск водолазы-спасатели не могут.

Могу подытожить, что сегодня применение искусственных дыхательных газовых смесей позволяет проводить работы на бОльших глубинах, повышает безопасность водолаза в диапазоне средних глубин, а также дает возможность совершать автономные спуски и выполнять практическую работу на ранее недоступных глубинах.

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock
detector