книги из ГПНТБ / Диомидов М.Н. Покорение глубин

Что мешает человеку проникнуть на большие глубины?

Ткани человеческого организма состоят из мельчайших клеток

сжидким содержимым, на 80% состоящим из воды. При давлении, соответствующем глубинам, доступным для водолаза в мягком ска­ фандре, вода, а следовательно, и клетки тела, практически несжи­ маемы. Кстати, выражение «давление, соответствующее глубине», неслучайно.

Известно, что давление даже на земле (например, давление, развиваемое насосом) измеряют в метрах водяного столба, причем

сдостаточной точностью можно считать, что абсолютное давление,

создаваемое столбом воды высотой 10 м, будет равно 2 кгс/см2, на глубине 20 м — 3 кгс/см2 и т. д.

Благодаря малой сжимаемости жидкости механическое дей­ ствие давления воды на ткани человеческого тела не так уж опасно. Установлено, что избыточное механическое давление воды может привести к расстройству жизнедеятельности клеток организма че­ ловека только примерно при 300—-400 кгс/см2, что соответствует погружению на глубины 3—4 км.

В самом деле, рыбы и другие животные встречаются на всех глубинах Мирового океана. Правда, это особые глубоководные жи­ вотные. Их организмы также состоят из клеток, сходных с клет­ ками наземных животных. Американец Вильям Биби, опустив­ шийся в батисфере на 923 м, видел на этой глубине кита; фран­ цузы Гуго и Вильм на глубине 4000 м обнаружили белоглазых акул, а Жак Пикар и Дон Уолш на глубине 10 919 м видели кре­ ветку и рыбу.

Но если для человека не опасно давление, сжимающее части тела, не имеющие пустот, то сжатие полостей, заполненных газами или воздухом, может привести к неприятным последствиям. При площади подвижной части грудной клетки и живота, равной у че­ ловека среднего роста 3000 см2, уже на глубине 1 м эти органы подвергаются давлению 3300 кг. Не следует забывать, что нор­ мально, на поверхности, на эти органы уже действует нагрузка 3000 кг (которую, кстати, мы не ощущаем).

Для уравновешивания этой сжимающей внешней силы в легкие водолаза подается воздух под давлением, равным давлению окру­ жающей среды; благодаря такому выравниванию давлений изнутри и снаружи сжатие будут испытывать только стенки грудной клетки.

Хуже дело обстоит при сжатии воздуха, заполняющего сред­ нее ухо и лобные пазухи. Вдавливание барабанных перепонок, про­ исходящее в случае быстрого нарастания давления, может вызвать их разрыв. Поэтому водолазу при спуске необходимо делать гло­ тательные движения, которые способствуют сокращению мышц,

1 1 4

ния. При работе водолаза на постоянной глубине давление в сред­ нем ухе становится равным наружному.

Подъем водолаза с глубины иногда приводит к неприятным по­ следствиям. При быстром подъеме водолаз может заболеть кес­ сонной болезнью. Дело в том, что с увеличением глубины погруже­ ния увеличивается весовое количество воздуха, вдыхаемое водо­ лазом за один вдох. Это — следствие закона Бойля—Мариотта, по которому удельный вес газа прямо пропорционален давлению. Одновременно увеличивается растворимость воздуха в крови. Кровь разносит воздух из легких по всему телу, постепенно насы­ щая все ткани газами в большом количестве, чем при атмосфер­ ном давлении. Степень такого насыщения тканей газами зависит от глубины спуска, от времени пребывания под водой и от харак­ тера работ водолаза; различные ткани человеческого организма на­ сыщаются газами неодинаково.

При подъеме водолаза происходит выделение избыточного воз­ духа через легкие. В случае быстрого подъема пузырьки воздуха, состоящие главным образом из азота (примесь кислорода и угле­ кислоты незначительна), выделяются прямо из крови1; крупные пузырьки могут закупорить кровеносные сосуды и нарушить крово­ обращение отдельных частей организма. Кроме того, увеличение общего объема крови вследствие насыщения ее газовыми пузырь­ ками может вызвать в разных частях тела растяжение и разрыв мелких кровеносных сосудов. Симптомы кессонной болезни таковы: головокружение, боли в суставах и мышцах, кожный зуд. В тяже­ лых случаях наступают параличи отдельных органов.

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

Следует напомнить, что киты тоже дышат атмосферным воз­ духом; ныряя, они быстро меняют глубину и, конечно, не делают остановок для декомпрессий, т. е. для выхода из крови сжатого воздуха. Однако киты не болеют кессонной болезнью. Объясняется это тем, что киты под водой не вдыхают сжатый воздух, а поль­ зуются запасом воздуха в легких, который они вдохнули на по­ верхности; их кровь и ткани не перенасыщаются воздухом, а сле­ довательно, отсутствует и причина, вызывающая кессонную бо­ лезнь.

Вредное действие азота не ограничивается кессонной болезнью. При спуске водолаза, начиная с глубины 30—50 м азот вызывает опьянение12. Доказано, что азот при повышенном давлении является наркотиком. Изобретатель акваланга, знаменитый строитель под­ водных домов француз Кусто пишет, что уже с глубины 30 м он начинает чувствовать головокружение, после которого наступает

1 Это явление по характеру можно сравнить с выделением газов при откры­ вании бутылок с шипучими напитками, например шампанским.

2 Строгой границы азотного опьянения нет. Существует индивидуальная вы­ носливость к наркотическому действию азота.

1 1 5

вялость и сонливость. У некоторых людей азотное опьянение вызы­ вает обморочное состояние и может привести к гибели.

Чтобы избавиться от вредных последствий вдыхания азота, казалось бы, следовало исключить его из состава воздуха, пода­ ваемого водолазу, т. е. подавать чистый кислород, действительно необходимый для дыхания. Но, оказывается, организм человека не приспособлен к длительному вдыханию чистого кислорода. Про­ должительное его вдыхание даже при атмосферном давлении мо­ жет вызвать заболевание воспалением легких. При абсолютном давлении 3 кгс/смг кислород ядовит. У водолаза, пользующегося кислородным прибором, при спуске на глубину более 20 м могут возникнуть судороги.

Все перечисленные препятствия к достижению больших глубин при достаточной тренировке, хорошем здоровье и соблюдении пра­ вил спуска и подъема в какой-то мере преодолимы. Пожалуй, са­ мым тяжелым препятствием следует считать трудность газообмена в легких при дыхании газовыми смесями, сжатыми под большим давлением. Так, на глубине погружения 150 м удельный вес воз­ духа в 16 раз больше атмосферного. При такой плотности воздух с трудом протекает через узкие легочные пути. Выражение «нужен, как воздух», уже не подходит для водолазов, работающих на боль­ ших глубинах, где нужна газовая смесь, не имеющая тех свойств воздуха, которые вредно действуют на организм человека.

В годы второй мировой войны было применено оборудование, позволяющее водолазу опускаться в мягком скафандре на глубину 180 м. Достижению такой глубины способствовало главным обра­ зом использование для дыхания гелиокислородных смесей. В этих смесях гелий заменяет азот воздуха. Гелий — нейтральный газ без цвета, запаха и вкуса. Благодаря тому, что гелий диффундирует быстрее и менее растворим в крови, он более приемлем для дыха­ ния, хотя не избавляет от опасности кессонной болезни.

Гелием разбавляют кислород для того, чтобы понизить его парциальное давление (парциальное давление газа равно произве­ дению давления смеси на процентное содержание газа в смеси). Как уже упоминалось, кислород при абсолютном давлении свыше 3 кгс/см2 ядовит, поэтому процентное содержание кислорода в гелиокислородной смеси должно быть таким, чтобы его парциальное давление не превышало опасного предела.

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

Как это удалось ему сделать? На данный вопрос очень трудно ответить. Те скудные сведения, которые просочились в печать, лишь в некоторой степени приподнимают завесу над тайной Келлера.

Для устранения глубинного опьянения, причиной которого, по мнению Келлера, является отравление организма углекислым га­

116

зом, водолаз должен вдыхать газовую смесь, образующую с угле­ кислым газом безвредное соединение. В течение двух лет Ганс Келлер разрабатывал свою таблицу быстрого подъема (при этом было обработано 250 000 цифр), устанавливающую зависимость между скоростью подъема, глубиной погружения и химическим составом газовой смеси для дыхания.

Гораздо больше подробностей о результатах его опытов. И стро­ гая засекреченность существа изобретения, и широкая реклама

ность конкуренции, как можно вы­ годнее продать секрет. Таковы уж

Несомненно, что со временем его секрет станет широко известным, и человечество получит повое сред­ ство для победы над глубинами.

Впервые имя Келлера появилось в печати в 1958 г. Тогда на Женев­ ском озере он погрузился на глу­ бину 96 м, причем подъем с этой глубины занял 28 мин.

23 августа 1960 г. на озере ЛагоМаджоре он погрузился в изобре­

(вместо 7 ч по существующим пра­ вилам). По сообщениям печати, его аппарат представлял простейший водолазный колокол, снабженный

четырьмя баллонами с секретной газовой смесью. Келлер был одет в гидрокостюм «мокрого» типа. При погружении давление внутри колокола равно давлению воды на конечной глубине, значит, дело не в колоколе и не в костюме, а в том, что Келлер сумел найти осо­ бую газовую смесь, победившую глубинное опьянение и кессонную болезнь. Подтверждением чудесных свойств этой газовой смеси яв­ ляется «погружение» 25 апреля 1961 г., проделанное Келлером на поверхности (в декомпрессионной камере). За короткое время дав­ ление в камере было поднято до 30 кгс/см2, что соответствует глу­ бине погружения 300 м. После выхода из камеры Келлер заявил о своем намерении погрузиться в море вначале на 250 м, а затем на 350 м\ Он уверен, что его газовая смесь позволит человеку опускаться даже на 1000 м \...

Затем последовал (29 июня 1961 г.) спуск на том же озере на глубину 222 м. Спуск занял 7 мин, а подъем около 60 мин. Этот спуск Келлер совершил вместе с американцем, корреспондентом

117

журнала «Лайф» Кеннетом Меклишем. Поэтому, естественно, пришлось познакомить Меклиша с некоторыми тайнами. Он узнал, что в начале и конце спуска водолазам подается чистый кислород; ниже 17 м водолазы вдыхают последовательно три газовые смеси, содержание кислорода в которых уменьшается с глубиной. Одна из смесей Келлера содержит 95% азота 'и только 5% кисло­ рода.

Келлер добился своего: благодаря рекламе «Лайфа» его изо­ бретением заинтересовались в США.

В декабре 1962 г. Келлер объявил о своем намерении погру­ зиться в Калифорнийском заливе на глубину 1000 футов (302 м).

В этом рекордном погружении принял участие 35-летний англи­ чанин Смолл, известный подводный спортсмен и журналист. Спуск, как и все предыдущие, производился в стальном цилиндре, имею щем внизу люк для выхода в воду (аппарат этот был назван Атлантис). Согласно программе по достижении заданной глубины водолазы должны были выйти из аппарата и укрепить на дне швейцарский и американский флаги.

Однако на этот раз события развивались не по программе и приняли трагический оборот. Американский морской офицер, на­ блюдавший за спуском по телевизору, заметил, что один из водо­ лазов, выйдя из аппарата, неожиданно выбросил флаги и быстро вернулся в него. Тотчас же была дана команда о подъеме на срав­ нительно безопасную глубину — 60 м. Через 17 мин эта глубина была достигнута. На поверхности воды появились большие пузыри; это показывало, что герметичность аппарата, видимо, была на­ рушена. Телефон молчал. На помощь Келлеру и его спутнику быст­ ро нырнули двое пловцов. Достигнув аппарата, они обнаружили, что его люк закрыт неплотно из-за попавшего под него резинового ласта. Ласт удалось протолкнуть внутрь аппарата ножом, после чего крышка закрылась, и утечка газа прекратилась. Но из двух нырнувших на помощь пловцов на поверхность всплыл только один: по неизвестным причинам погиб Крис Уиттекер — 22-летний лондонский студент.

Когда через 20 мин аппарат был поднят на борт судна, Келлер и Смолл были без сознания. Келлер скоро пришел в себя и, ко всеобщему изумлению, первым делом выпустил секретную газовую смесь из баллонов. Тем временем Смоллу становилось все хуже. На морской станции Лонг-бич его ждала карета скорой помощи, однако помощь береговых врачей Смоллу не потребовалась — он был мертв.

Последнее погружение в аппарате Келлера стоило двух жизней. Этому немало способствовали атмосфера секретности и рекламная шумиха при нарочитой примитивности водолазного оборудования. Знания и опыт помогли самому Келлеру выжить.

В настоящее время Келлер является главой фирмы, выполняю­ щей подводные работы; в частности, фирма работает по заказам американских нефтепромышленников, сотрудничает с французской фирмой Спиротехник, изготовляющей водолазное снаряжение. Ре­

118

корд глубины, установленной Келлером, перекрыт в 1963 г. фран­ цузами, погрузившимися в Средиземном море на глубину 365 м.

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

і Батисфера и гидростат

Жесткий скафандр, опущенный на большую глубину, теряет важное свойство водолазного костюма — подвижность. Под дейст­ вием сильного обжатия конечности в жестком скафандре парали­ зуются, а наличие большого количества уплотняемых шарниров грозит водолазу гибелью. Поэтому от жесткого скафандра при­ шлось отказаться, заменив его прочной герметичной камерой, вну­ три которой находится человек.-Глубоководные погружения в та­ ких камерах стали возможными с появлением автономного устрой­ ства для регенерации (возобновления) воздуха и источников света, позволяющих вести наблюдения на больших глубинах. Наблюда­ тельные камеры, опускаемые на тросе с надводного судна, пред­ ставляют прочный стальной сосуд, имеющий иллюминаторы и входной люк.

Способность любого сосуда противостоять давлению, или, дру­ гими словами, его прочность, зависит не только от толщины сте­ нок, но и от формы сосуда. Известно, что сосуды с плоскими стен­ ками при большом давлении оказываются самыми непрочными, значительно прочнее сосуды цилиндрические и, наконец, наиболее прочные — сферические. Поэтому глубоководные аппараты, в ко­ торых исследователи достигли больших глубин, имеют предложен­ ную еще в начале XX в. шарообразную форму, отчего и называ­ ются батисферами 1 (говоря так, мы имеем в виду, что гондолы батискафов по существу тоже являются батисферами).

Батисфера имеет существенный недостаток: изготовление ее весьма сложно. Из-за кривизны стенок в ней трудно разместить наблюдателей и аппаратуру. С этих позиций подводные аппараты цилиндрической формы со сферическими днищами более удобны; их принято называть гидростатами.

Первые глубоководные аппараты имели отрицательную плаву­ честь; они не могли самостоятельно всплыть. Обрыв стального ка­ ната, при помощи которого аппарат был прикреплен к судну, гро­ зил исследователям гибелью. Несмотря на это, в 1934 г. Биби и Бартон достигли в батисфере глубины 923 ж, а в 1949 г. Бартон

119

тересного в глубинах океана. Однако из-за огромного риска такие глубоководные погружения были единичными подвигами рекорд­ сменов или энтузиастов-ученых и практически не имели большого значения для развития науки.

Современные гидростаты строятся для планомерного изучения подводного мира учеными разных специальностей. Риск при погру­ жении сведен к минимуму. В случае аварии, вызванной обрывом троса (трос может зацепиться за подводное препятствие и обо­ рваться; наконец, может отказать лебедка, предназначенная для подъема гидростата), гидростат всплывает самостоятельно. Кон­ структоры снабдили гидростаты аварийными устройствами, кото­ рые одновременно с отбрасыванием тяжелого стального троса при всплытии сбрасывают балласт. Вместе с тем нередко по кабелютросу к подводному аппарату подается электроэнергия от судового генератора. Современные гидростаты снабжены большим количе­ ством оборудования. Если первые батисферы были оборудованы лишь прожекторами да приборами для фиксации достигнутой глу­ бины, то современный гидростат представляет плавучую лабора­ торию, снабженную множеством электрических и гидравлических приборов. Жизнь глубин фиксируется в виде фотографий, кино­ фильмов и графиков. Наблюдениям помогают телевизионные ка­ меры, лампы-вспышки и прожекторы.

Батисфера Биби Век прогресса.

Имена бесстрашных исследователей Биби и Бартона получили всемирную известность. Биби начал с малых глубин (около 10— 20 ж), опускаясь в легком водолазном шлеме, но уже после пер­ вых спусков задумал построить аппарат для погружения на боль­ шие глубины. В 1929 г. такой аппарат был спроектирован инжене­ ром Отисом Бартоном и построен на его личные средства. Он был назван Веком прогресса. В 1930 г. Биби и Бартон произвели в рай­ оне Бермудских островов 31 погружение, достигнув наибольшей глубины 435 м.

В 1932 г. Биби и Бартон произвели новую серию спусков. Пробное погружение батисферы без наблюдателей на глубину

915 ж прошло не совсем благополучно. Дело в том, что еще при постройке батисферы одно из кварцевых стекол иллюминатора лопнуло и вместо него поставили заглушку. С этой заглушкой батисфера работала целый год. Перед спусками 1932 г. в иллюми­ натор поставили новое кварцевое стекло и батисферу опустили для пробного испытания. У,же во время ее подъема было ясно, что произошла авария: батисфера стала заметно тяжелее. Она почти заполнилась водой.

Вода попала в батисферу через иллюминатор из-за того, что стекло было плохо пригнано. Судя по температуре воды, авария произошла на глубине 600 м. Проникнув в батисферу, вода быстро заполнила ее и сжала воздух, находившийся в ней, в 60 раз. При открытии крышки люка большой медный болт, находившийся

120

в центре крышки, был выброшен с огромной силой, вслед за ним ударила мощная струя воды. .. К счастью, на ее пути никого не оказалось. Все эти явления были результатом сжатого на глубине

воздуха.

Рекордный спуск 1932 г. на глубину 731 м пришлось опять со­ вершать без третьего иллюминатора: он снова был закрыт сталь­ ной заглушкой.

Несмотря на достижение огромной для того времени глу­ бины, Биби как настоящий ученый уже мечтал о еще больших глубинах.

В 1933 г. батисфера была капитально отремонтирована. В пер­ вую очередь были заменены кварцевые стекла, и не напрасно: при пробном давлении 57 кгс/см2 старые стекла дали трещину. Хорошо, что эти испытания происходили на поверхности! Кроме того, боль­ шинство медных деталей было заменено стальными, в том числе и «знаменитый» медный болт, уже дважды летавший над палубой судна, с которого спускали батисферу. За три года существования батисферы установленные на ней приборы и аппараты устарели; их тоже пришлось заменить. Другими словами, от старой батисферы остался только корпус.

Усилия инженеров не пропали даром. 11 августа 1934 г. Биби и Бартон опустились на глубину 923 м. На этой глубине каждый иллюминатор батисферы выдержал нагрузку в 19 г, а общее давле­ ние воды на батисферу составляло 7016 т. Во время этого рекорд­ ного погружения Биби удалось зарисовать некоторые новые виды совершенно необычных глубоководных рыб. Их причудливая форма и яркая окраска, казалось, не соответствовали условиям жизни в вечном мраке. После того, как Биби опубликовал свои за­ рисовки этих открытых им обитателей глубин, среди ученых-ихтио- логов разгорелись споры. Многие считали, что новые виды рыб «порождены фантазией Биби и Бартона». Сомнений могло не быть, если бы исследователи представили «вещественные» доказатель­ ства (например, кинопленку!); но, к сожалению, это требование в начале 30-х годов было невыполнимо. В настоящее время часть виденных Биби рыб поймана, часть сфотографирована, но многих из них так и не удалось обнаружить до сих пор.

«Чудо техники» — батисфера Биби — была устроена просто. Можеть быть, именно благодаря простоте ее конструкции все спуски и обошлись без серьезных аварий!

Сферический корпус батисферы диаметром 1450 мм представ­ лял толстостенную стальную отливку, имевшую минимальное коли­ чество отверстий — всего пять (три из них предназначались для иллюминаторов, одно — под входной люк и одно для прохода ка­ беля). Толщина стенок корпуса была сделана с большим запасом и составляла 32 мм\ из-за этого батисфера получилась довольно тяжелой — она весила 2454 кг. С целью экономии веса основание батисферы — «шасси» — было выполнено из дерева. Крышка люка, также имевшая немалый вес— 181 кг, закреплялась десятью бол­ тами и надежно закрывала входное отверстие, диаметр которого

121