Что будет с человеком на глубине
Что случится с человеческим телом, если его внезапно поместить в самую глубокую часть океана?
Что случилось бы с человеческим телом, если бы к нему был привязан большой кирпич, и он погрузился в самую глубокую точку океана?
Вопреки безумным предположениям, что вас раздавит, как консервную банку, а ваши кости превратятся в гравий, будет неверным ответом — тело всё равно будет узнаваемым, пока к работе не приступят чистильщики океана. Однако вы можете продержаться достаточно долго, прежде чем потеряете сознание, и прежде чем испытаете боль от давления на ребра.
Итак, допустим, ваши приятели-гангстеры, которые путешествуют по бескрайнему Тихому океану, решили наказать вас за кражу трюмной воды, привязав к вашим ногам большой кирпич, чтобы бросить вас в океан над Марианской впадиной. Обычный глиняный кирпич весит чуть более 2 кг, но, допустим, это большой груз весом 4 кг. Это потянет вас вниз с некоторой скоростью.
Первое, что случается, это разрыв барабанных перепонок. Это будет больно, но не убьет.
Человеческое тело на 60% состоит из воды и не так сжимаемо, как воздух. Давление действительно влияет на заполненные воздухом пространства — ваши легкие и внутреннее ухо — быстро и сильно отреагируют. Барабанные перепонки сообщают вам, даже когда вы нырнете на дно трехметрового бассейна без выравнивания давления. Спортсмены-фридайверы должны адаптироваться к этому, так как уменьшение объема легких создает нагрузку на грудную клетку. Мягкие ткани брюшной полости будут подталкивать диафрагму вверх, чтобы снизить давление до определенной точки. (Проще говоря: ваши кишки сдавлены, чтобы заполнить пробел).
При обычной подводной охоте и любительском фридайвинге на глубинах до 20 — 30 метров давление на вашу грудную клетку едва заметно, но соревновательные безлимитные фридайверы спускаются на глубину более 200 метров.
Вернемся к опыту погружения. Ваши барабанные перепонки лопнут задолго до того, как у вас начнется серьезная боль в грудной клетке. Однако 4 кг быстро тянут вас вниз, и вы будете опускаться тем быстрее, чем сильнее будет сжиматься воздух в ваших легких. Теперь вопрос: вы потеряете сознание до или после того, как станут сломаться ребра?
Допустим, вы никогда не тренировались специально задерживать дыхание, и находитесь в средней форме. Возможно, вы сможете задержать дыхание на минуту на суше, на диване, расслабляясь. Однако сейчас вы в панике, определенно напряжены, дрожите и уже запыхались от борьбы с вашими палачами. Через 15–20 секунд начнутся спазмы. Это сокращения диафрагмы, похожие на икоту, но более сильные, они являются неотложным намеком вашего тела на то, что в вашей крови накопился углекислый газ (CO2) и сейчас самое время дышать.
Когда мы практикуем задержку дыхания для фридайвинга и подводной охоты, мы учимся преодолевать эти сокращения, потому что накопление СО2 не означает, что в вашем кровотоке всё ещё нет кислорода. Это просто показатель того, как долго вы можете продержаться, прежде чем впадете в гипоксию (кислородное истощение), которая вас убьет. Вы, однако, никогда не слышали об этом и впадаете в панику, поэтому, по всей вероятности, это желание дышать заставит вас сдаться и засосать воду, прежде чем вы достигнете глубины, на которой давление начнет ломать ребра.
Это важно не потому, что вы так или иначе не умрете, а потому что (а) легкие, заполненные водой, не будут сжиматься так сильно, как легкие, заполненные воздухом, (б) вода, которую вы всасываете, находится под атмосферным давлением и (c) ваш рот и дыхательные пути открыты, поэтому любое дальнейшее повышение давления теперь выравнивается. Вы не испытаете боли в ребрах или прогиба грудины.
Если, однако, вы обладаете исключительной волей и преодолеете сокращения, вы быстро потонете и окажетесь в точке слома грудной клетки, что будет ужасно болезненно. Или кислород будет истощаться, потому что вы неистовствуете и сжигаете O2 быстро, достаточно быстро, чтобы потерять сознание, и в этот момент ваше тело будет отчаянно всасывать воздух (вдыхать морскую воду).
В любом случае, к тому времени, когда вы пройдете 200–300 метров, вы больше ничего не будете осознавать: вы либо мертвы, либо без сознания и очень скоро умрете.
Теперь вопрос: что происходит в это время с вашей тушкой. Извините, с вашими земными останками.
Ваше тело на 60% состоит из воды. Кости и хрящи сжимаются даже меньше, чем вода. Ваши легкие полны воды, как и ваши внутренние полости — не могут разрушиться. Полые пространства в ваших костях заполнены тканями и остальными системами вашего тела, например, кровеносные и лимфатические сосуды, поэтому давление может выравниваться через эти отверстия. Давление может даже уравняться на микроскопическом уровне, когда вода проталкивается через полупроницаемые клеточные мембраны.
Вы просто утонете, не сильно изменив внешний вид. Вы упадете на дно, покрытое илом целую вечность.
Откуда мы можем это знать? Посмотрите на «китовые останки» — мертвые морские млекопитающие тонут, давая пищу целым экосистемам зловещих существ, включая гигантских равноногих, миксин и костоядных червей. Конструктивно тушки более-менее одинаковы. Конечно, некоторые из них — тела животных приспособленные к глубоким погружениям, но другие животные приспособлены к поверхностному давлению — аллигаторы, например.
Мертвый аллигатор на глубине 2000 метров выглядит в точности как мертвый аллигатор на глубине двух метров. Мы знаем это, потому что он был помещен туда исследователями из Университета Луизианы в рамках исследования пищевых падений на глубину (более подробная информация на сайте Alligators in the Abyss).
Конечно, есть разница между 2000 метрами и максимально записанной глубиной более 10000, но эффект изменения давления уменьшается по мере того, как вы идете на большую глубину. Аллигатор не будет сильно отличаться на глубине 10 000 метров.
То есть до тех пор, пока мягкие ткани, которые послужат едой для организмов, не упадут вот так, ваши земные останки внешне не изменяться. В какой-то момент, может быть, недели, может быть, месяцы, от тела не останется ничего, кроме ила.
Что случится с телом человека на дне Марианской впадины?
Марианская впадина при длине в две с половиной тысячи километров имеет доказанную глубину не менее 11 км. Что происходит под такой толщей воды? Какие процессы там происходят?
Можно понять это, если мысленно представить, как в Марианский желоб погружается тело человека.
Первые десять – все под контролем!
Погружение до десяти метров, практикуемое любителями, обычно не вызывает дискомфорта. На глубине в 6 метров тело достигает так называемой нейтральной плавучести: давление сверху и снизу уравновешивают друг друга, без движения и с запасом воздуха в легких человек не тонет и не всплывает. Дальше фридайвинг возможен только при помощи грузов, специального оборудования или техник движения.
Тяжелое дыхание и пьяные дайверы
После 10 метров начинаются проблемы. Давление сверху удваивается. Тело начинает тонуть как камень.
Каждые следующие десять метров давление возрастает еще на одну атмосферу.
Податливое человеческое тело сжимается. Имеющиеся в нем полости воздуха под давлением начинают причинять дискомфорт: болят уши, сдавливает грудь. Сжавшиеся легкие неподготовленному человеку уже трудно наполнить воздухом при вдохе даже при наличии акваланга. Рефлексы сбиты с толку: мозг требует вздохнуть, сжатые легкие затрудняются это сделать. Но пока ничего слишком критичного не происходит. Обычный человек без оборудования прекращает погружение, потому что у него кончается воздух. Аквалангисты специально учатся дышать под толщей воды.
Дайвер, решивший нырнуть на глубину больше 20 метров, оказывается под тройным давлением по сравнению с поверхностью. Дискомфорт в теле уже существенный. Но основной проблемой на этих глубинах становится неадекватное поведение человека.
В обычных условиях люди дышат воздухом, в котором большую долю имеет азот, а не кислород. Под давлением в 2-3 атмосферы под водой азот в организме человека переходит в такую форму, которая действует подобно тяжелым наркотикам.
Также как и они, азот на глубине приводит к разным отклонениям в поведении человека. Кто-то впадает в эйфорию, перестает контролировать происходящее. Другие — испытывают ужас, панику, видят галюцинации. Третьи — впадают в ступор, заторможенность вплоть до обморока.
Общим для всех становится сужение поля зрения, не чувствительность к боли, потеря ориентации. С учетом того, что на глубине 20-30 метров уже совершенно темно и холодно, то снижение самоконтроля и зрения чревато опасностью. Неподготовленные люди часто срывают с себя маску и гибнут.
При небольших погружениях проблему решают, увеличивая долю кислорода в баллоне. Но на глубине за 60 метров О2 тоже становится токсичным для человека.
Чемпионский уровень
Фридайверам, ныряющим без баллонов с воздухом, азотный и кислородный наркозы не грозят. Но они ограничены возможностью задержать дыхание. На данный момент рекорд задержки дыхания составляет 11 минут, а максимум глубины погружения без акваланга — 214 метров. Причем чемпион Герберт Нич при попытке повторить экстремальное погружение еще раз подорвал свое здоровье.
Аквалангисты с баллонами на такой глубине пользуются специальной смесью газов, чтобы уменьшить риск азотного и кислородного наркоза.
На таких глубинах основная проблема — кессонная болезнь. Пузырьки газов из-за давления не могут выйти из тела человека, они начинают проникать в ткани. Если слишком быстро вернуться на поверхность в условия обычного давления, то пузырьки начинают взрываться в крови и органах. Кровь как бы вскипает, делаясь неравномерно вязкой. Результаты — от тромбов до внутренних кровотечений и болезней суставов.
Треснувшие иллюминаторы и взрывающиеся подлодки
Глубже человек может погружаться уже только внутри специальных аппаратов. Без них его расплющит толщей воды в кровавую лепешку.
До километра можно спуститься в подводной лодке. Рекорд — отечественный «Комсомолец» с расчетными 1250 м.
Глубже километра давление в 100 атмосфер так давит на подлодки, что они просто лопаются как мыльные пузыри.
Следующий уровень принадлежит батискафам.
«Челенджер», спустившийся в Мариинскую впадину, чтобы противостоять гигантскому давлению, имел толщину корпуса в 13 см при общем диаметре в метр и поплавок, заполненный специальной пеной вместо воздуха.
У предшественника «Челенджера», батискафа «Триест» на глубине в 8 км начал трескаться единственный иллюминатор, что заставило сократить пребывание на глубине.
На удивление ученых, считавших глубины безжизненными, там обитает достаточно много живых существ, приспособившихся к давлению. Например, марианский слизень прекрасно себя чувствует на глубине в 7,5 –8 км!
Наука и технологии 2 апреля, 2021 631 просмотр
Человек опустился на самую глубокую точку Земли. Что там происходит?
Ричард Гэрриот (Richard Garriott) — один из самых известных путешественников, который побывал не только в самых отдаленных уголках нашей планеты, но даже слетал в космос. Недавно он стал одним из первых людей, которые спустились в самую низкую точку Земли, а именно в Бездну Челленджера. Это место находится в Марианской впадине, на глубине 10 994 метров, поэтому туда не поступает солнечный свет. Путешественник спустился в бездну внутри аппарата Limiting Factor, который с каждым метром все сильнее сжимался под воздействием высокого давления. Путь вниз занял около 4 часов и почти столько же времени мужчине понадобилось, чтобы всплыть наружу. В ходе погружения он сделал несколько интересных фотографий и оставил сюрприз для будущих смельчаков. А после всплытия он рассказал несколько интересных фактов о необычном месте, в котором ему удалось побывать. Обо всем этом сейчас и пойдет речь.
Ричард Гэрриот перед спуском в Бездну Челленджера
Интересный факт: в 2020 году в Бездну Челленджера спустилась 69-летний астронавт NASA Кэтрин Салливан (Kathryn Sullivan). Она использовала тот же аппарат Limiting Factor и стала первой женщиной, которая побывала на такой большой глубине.
Подводное путешествие
Путешественник Ричард Гэрриот известен тем, что ранее пересек Северный и Южный полюса и даже побывал на Международной космической станции. В июле 2021 года ему исполнится 60 лет и в честь этого события он решил спуститься в самую низкую точку нашей планеты. Для погружения он использовал аппарат Limiting Factor, который был разработан подводным исследователем Виктором Весково (Victor Vescovo). Устройства такого рода называются батискафами и предназначены для исследования океанских глубин. Скорее всего, это единственный в своем роде аппарат, который способен выдержать подводное давление.
Аппарат Limiting Factor
По словам Ричарда Гэрриота, аппарат состоит из титанового корпуса толщиной 9 сантиметров. Это самый маленький аппарат, внутри которого ему доводилось бывать. Изначально диаметр салона составлял 1,46 метра, но из-за высокого давления он сжался до 1,4 метров. Однако, аппарат Limiting Factor все равно оказался более просторным, чем корабль «Союз», на котором путешественник в 2008 году летал на Международную космическую станцию. Помимо высокого давления, на глубине устройство подвергается низким температурам.
Ричард Гэрриот внутри аппарата Limiting Factor
Спуск на дно Бездны Челленджера занял 4 часа. Все это время исследователь делал фотографии. Довольно быстро он уже не мог заниматься подводной съемкой, потому что чем дальше он спускался, тем темнее становилось вокруг. В какой-то момент за стеклами стояла сплошная чернота. Чтобы занять себя во время всплытия на поверхность, он взял с собой фильм Подводная лодка (Das Boot), режиссерская версия которой длится больше 4,5 часов. Однако, он смог посмотреть только часть фильма.
Дно Марианской впадины
Когда путешественник опустился на самое дно, он включил фонари. По его словам, Бездна Челленджера представляет собой пустыню, которая покрыта илом. Однако по своим характеристикам он похож на пух, которым набивают плюшевые игрушки. На дне также можно найти гниющие тела мертвых рыб и других созданий — они медленно опускаются сверху. При этом исследователь заметил на дне и живых существ. В основном ими были полупрозрачные ракообразные.
На дне Марианской впадины исследователь нашел камни, но роботизированная рука не смогла ее поднять
Само собой разумеется, Ричард Гэрриот изучал дно впадины исключительно из кабины аппарата Limiting Factor. Ведь если бы он вышел наружу, он бы попросту погиб из-за высокого давления. С окружающей средой он взаимодействовал при помощи специального манипулятора, который является чем-то вроде роботизированной руки. При помощи него исследователь установил на дне табличку, на которой написано секретное слово. По его словам, если кто-то еще окажется на такой большой глубине, он сможет назвать это слово и доказать факт своего подвига. Весьма интересный способ отсеять самозванцев, не так ли?
Гладкое дно Марианской впадины
Исследователь также надеялся взять твердые образцы морского дна, только ему не удалось до них добраться. Его путешествие было опасным не только потому, что на аппарат воздействовало очень высокое давление. На дне он обнаружил хаотично двигающийся трос, который явно остался после одного из предыдущих погружений. Ведь Марианская впадина интересует ученых из самых разных стран и время от времени они изучают ее при помощи роботов.
Ссылки на интересные статьи, смешные мемы и много другой интересной информации можно найти на нашем телеграм-канале. Подпишитесь!
Стоит отметить, что Ричард Гэрриот является не только известным путешественником. Наверное, для многих станет очень неожиданным факт того, что этот человек также является создателем серий игр Lineage и Ultima. Несколько цитат Ричарда Гэрриота в качестве «создателя термина MMORPG» можно почитать в этом материале. Также этот удивительный человек всерьез занимается иллюзионизмом и коллекционирует фокусы. Вдобавок ко всему этому, он совершал спуск на подводной лодке к затонувшему «Титанику», участвовал в экспедиции к Бермудскому треугольнику, плавал на каноэ вниз по Амазонке… В общем, этот список можно продолжать бесконечно.
Влияние высокого давления на глубине на нервную систему
Летом многие люди отправляются отдыхать на море или океан. Кто-то наслаждается плаванием и получает красивый загар, а кто-то любит понырять. Ныряние – не только познавательный и интересный процесс, но он и несет в себе немало угроз здоровью человека, и даже может привести к летальным последствиям. Какие опасности несет в себе ныряние? Что должен знать человек, которые собирается погрузиться на глубину? И как предотвратить опасное воздействие на организм сил природы, читайте на estet-portal.com.
Атмосферное давление на глубине вызывает кессонную болезнь
Образование смертоносных пузырьков. Опасность ныряния
После ныряния при быстром подъеме с глубины в организме происходят следующие процессы: газы из крови и тканей организма высвобождаются в виде пузырьков. Образовавшиеся пузырьки продолжают свой процесс роста, используя новые порции газа. В результате эти пузырьки разрастаются до такого большого размера, что могут закупорить сосуды и спровоцировать развитие газовой эмболии. Этот процесс препятствует поступлению крови с кислородом к клеткам, и они погибают. После ныряния образовавшиеся пузырьки воздуха при резком подъеме также активируют выработку тромбоцитов, которые реагируют на прибавление воздуха в сосудах, образовываются тромбы. При образовании пузырьков воздуха внутри тканей ткани могут повредиться или разорваться. Опытные ныряльщики испытали на себе действие этих пузырьков. Перебои с дыханием, которые появляются после ныряния, происходят из-за образования пузырьков в капиллярах легочной ткани, при этом сокращается их дыхательный объем. При поражении пузырьками вестибулярного аппарата нарушается равновесие. Нарушение кровообращения в нервных структурах после ныряния проявляется в виде парезов или параличей, нарушений чувствительности и речи.
Какую опасность несут зубные пломбы при нырянии?
При нырянии происходит сокращение объема газов, а при подъеме на поверхность они расширяются. То есть при нырянии газы, которые находятся в полостях организма, сжимаются под действием давления, а затем растворяются в жидкостях. Если это сжатие произойдет слишком быстро, при нырянии возможен разрыв барабанной перепонки. А если вдруг в зубной пломбе при лечении зуба остался маленький пузырек воздуха, то при сжатии его на глубине в этой же пломбе может произойти имплозия (взрыв, направленный внутрь). А на большой высоте может произойти обратное – при пониженном давлении зуб, в котором таится пузырек воздуха, может разорваться внутри.
Влияние высокого давления на глубине на нервную систему
Интоксикация от азота. Азотный наркоз при нырянии
При нырянии и нахождении человека под высоким давлением в несколько атмосфер азот всегда вызывает интоксикацию, которая очень похожа на алкогольное опьянение. Появляется эйфория, отрыв от реальности, повышенное возбуждение, потеря координации. Азотный наркоз возникает при нырянии на глубину 50 м, и по мере увеличения глубины симптомы усиливаются. Уже после 90 м возможна потеря сознания. При частых ныряниях на глубину организм адаптируется к действию азота, но, при всем этом, азотная интоксикация все же является причиной смерти многих ныряльщиков, которые погрузились на 50 метров глубиной.
При нырянии на глубину возможно кислородное отравление
Меры предосторожности при нырянии и советы людям с опасной профессией на глубине
Даже если человек несколько минут находился под действие высокого давления на глубине, подниматься стоит очень медленно, чтобы организм смог адаптироваться и перестроиться к изменениям давления. Водолазам, которые укладывают или ремонтируют трубы, приходится по несколько недель проводить на океанском дне. Например, при использовании гелиокса, при погружении на 100 м, на процесс декомпрессии требуется 4 дня, при погружении на 300 м декомпрессия занимает 10 дней.
У подводников, которые перенесли острую кессонную болезнь после ныряний, часто наблюдаются такие симптомы как потеря слуха, сниженная чувствительность ступней и ладоней, тремор конечностей и другие неврологические расстройства. При обследовании аквалангистов с помощью МРТ часто можно обнаружить маленькие очаги повреждения клеток в мозге- участки ишемии вследствие гибели нервных клеток из-за блокировки воздушными пузырями.
Организм человека реагирует на все изменения окружающее среды, в том числе и на изменение давления. Чтобы предотвратить возникновение необратимых процессов, людям, чья работа связана с работой при низком или высоком давлении, разработаны гигиенические требования к режиму и условиям труда, правила декомпрессии, разработан перечень противопоказаний к подобным работам.
Ну а те, кто просто поехал отдыхать на море или океан, а также является заядлым ныряльщиком, стоит подготовиться к ныряниям. Это значит, что человек должен быть осведомлен о правилах декомпрессии, знать максимальную глубину при той смеси, которой он будет дышать, а также время, на протяжении которого ему не вредно будет опускаться на глубину.
Сверхглубокие погружения: может ли человек жить на глубине 700 м?
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.
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.
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.
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.
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 и т. д. — 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. 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.
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».
Несмотря на все исследования, механизм азотного опьянения детально не установлен — впрочем, то же можно сказать и о действии обычного алкоголя. 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.
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. Однако кислород — элемент активный, и при длительном вдыхании — токсичный, особенно под давлением.
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.
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.
Методы длительного пребывания в среде с повышенным давлением прорабатывались с середины ХХ века. 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.
Предел. В лабораторных экспериментах отдельные нейроны, растущие «в пробирке», плохо переносят экстремально высокое давление, демонстрируя беспорядочную гипервозбудимость. 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.
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 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.
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
Статья «Под давлением» опубликована в журнале «Популярная механика» (№2, Февраль 2016).