книги из ГПНТБ / Боровиков П.А. Человек живет под водой

В ЧУЖДОЙ СРЕДЕ

Исследования показали, что газы, входящие вдыха­ тельную смесь, при возрастании давления изменяют свою биологическую активность в отношении челове­ ческого организма, причем практически каждый ком­ понент смеси начинает проявлять новые, как правило, вредные для организма свойства. Французский ученый Поль Бэр, внесший большой вклад в развитие водолаз­ ной физиологии, писал: «Давление действует на живой организм не как непосредственный физический фактор, а как химический агент. . .»

Организм человека нуждается в постоянном притоке кислорода. Если парциальное давление его во вдыхае­ мой газовой смеси упадет ниже 0,16 кгс/см3 (это соответ­ ствует 16% кислорода при нормальном давлении), на­ ступит явление, известное под названием кислородного голодания. Оно характеризуется внезапной потерей сознания, наступающей без предварительных, «преду­ преждающих» признаков, и поэтому очень опасно.

Чрезмерное увеличение парциального давления кислорода не менее опасно для здоровья человека. У со­ вершенно здоровых людей, дышащих чистым кислоро­ дом, даже при нормальном атмосферном давлении, через двое-трсе суток начинается отек легких, переходя­ щий в тяжелое воспаление: развивается легочная форма кислородного отравления. При увеличении дав­ ления эти явления наступают значительно раньше. Высокое парциальное давление кислорода начинает сказываться и на нервной системе. При давлении 2—2,5 кгс/м2, соответствующем глубине всего 10—15 м, уже через 1,5—2 ч могут наступить судороги, затемне­ ние и полная потеря сознания.

Степень кислородного отравления зависит и от глу­ бины погружения и от времени пребывания водолаза на грунте — так называемой экспозиции. Например, на глубине 20 м безопасно дышать чистым кислородом при экспозиции 10 мин; при экспозиции же в несколько часов смерть неизбежна. Опытным путем установлен предельно допустимый уровень парциального давления

20

ше 70—80 м. Нарушение критического мышления, беззаботное отношение к собственной безопасности, свойственное этому состоянию, безусловно представ­ ляет большую угрозу для водолаза и может даже привести к его гибели.

Наркотическое действие азота пока еще недостаточно изучено. Считается, что при парциальном давлении 4,5—5 кгс/см2 азот, растворяющийся в тканях орга­ низма, в особенности в жиросодержащих веществах мозга, начинает воздействовать на центральную нерв­ ную систему. Некоторые исследователи склонны отри­ цать существование азотного наркоза и объясняют глу­ бинное опьянение совместным влиянием кислорода и углекислого газа, в избытке растворенных в крови под повышенным давлением, а также нарушением работы

21

нервных дыхательных центров человека, дышащего на глубине значительно болей плотной и вязкой газовой смесью. Однако мнение о токсичности азота при боль­ шом парциальном давлении разделяется большинством физиологов.

Итак, водолаз, использующий для дыхания сжатый воздух, на глубинах, близких к 100 м, сталкивается со своеобразным барьером; преодолеть его он оказывается не в состоянии без риска расплатиться за это жизнью. Воздух, без которого немыслимо существование чело­ века на поверхности, на больших глубинах превра­ щается в его злейшего врага. Каждый компонент, вхо­ дящий в состав воздуха, с повышением давления до определенных границ становится ядом, способным отра­ вить организм.

Существование «воздушного» барьера было доказано в конце сороковых годов французскими аквалангистами Группы подводных изысканий (основанной Ж--И. Кусто), задавшихся целью выяснить те пределы, до которых возможно использование автономного снаряжения на сжатом воздухе. Не стремясь к спортивной славе и ста­ раясь не рекламировать свои победы, чтобы не вызвать нездоровый ажиотаж и желание перекрыть эти рекорды среди растущей армии аквалангистов-любителей, под­ водники Группы подводных изысканий впервые при­ близились к абсолютному рекорду глубины для аква­ ланга. Но эти погружения обошлись дорогой ценой:

120 м.

Как же был найден выход из этого тупика? Оче­ видно, преодолеть барьер глубины можно было только заменив воздух искусственно созданными газовыми сме­ сями, из которых следовало устранить главного винов­ ника зла — азот, а содержание кислорода несколько снизить, с тем чтобы его парциальное давление в рас­ четном диапазоне глубин не выходило за безопасные границы. Хорошим «разжижителем» кислорода, сво­ бодным от основного недостатка азота (токсичности при повышенном давлении), оказался гелий — химически инертный газ, второй по плотности после водорода, не имеющий ни цвета, ни вкуса, ии запаха. Опыты с жи-

22

вотиыми, а затем и с человеком, помещенным под искус­ ственно созданное повышенное давление в специальных камерах с прочным корпусом (барокамерах), убедили исследователей, что гелнй безвреден для человеческого организма и при больших давлениях не вызывает явле­ ний, сходных с азотным опьянением. Единственным, но очень серьезным препятствием на пути широкого вне­ дрения гелиевых смесей в водолазную практику была весьма высокая стоимость гелия, обусловленная труд­ ностями и малым объемом его добычи.

Массачусетский профессор Эли Томпсон еще в 1919 г. предложил заменить азот гелием, однако дальше обна­ деживающих опытов в барокамерах и успешного погру­ жения на глубину 126 м, предпринятого в декабре 1937 г. на озере Мичиган американским инженером Мак­ сом Нолом, дело не пошло. Только в 1948 г. водолазы плавучей базы «Риклейм» под руководством главного инспектора водолазного дела английских ВМС капи­ тана Шелфорда, используя гелиокислородные смеси, провели серию погружений в вентилируемом снаряже­ нии, которая завершилась рекордным погружением Уилфорда Болларда на глубину 162 м. Это достижение в октябре 1956 г. было превышено англичанином Джорд­ жем Буки, которому удалось пробыть 5 мин на глубине

180 м.

Каз'алось бы, барьер глубины не устоял перед нати­ ском гелиокнслорода, но . . . за пятиминутное пребыва­ ние па чудовищной глубине почти в две сотни метров Буки вынужден был заплатить мучительно долгим вы­ ходом на поверхность, который длился свыше 12 ч! Рекорд остался в полном смысле рекордом — никакую полезную работу при таком графике рабочего дня водо­ лаз, конечно, выполнять не может.

Увы, почти столь же плачевен «баланс времени» водолаза, спускающегося на глубины, далекие от ре­ кордных. После получасовой работы на глубине 120 м водолаза, использующего для дыхания гелиокислородную смесь, нельзя поднимать на поверхность быстрее, чем за три с половиной часа. Водолаз, который дышит обычным воздухом, также должен затратить на подъем долгие часы, но только при выходе со значительно меньших глубин: если допустимое время подъема после часового пребывания на глубине 15 м составляет 2 мин,

23

то после часа работы на глубине 30 м водолаз вынужден затратить для выхода на поверхность около часа, а за час, проведенный на глубине 60 м, он расплачивается подъемом, длящимся 6 ч!

Так на помощь пошатнувшемуся барьеру глубины пришел новый очень серьезный противник водолаза — барьер времени.

Но в чем же дело? Почему водолаз глубоководник вынужден растрачивать впустую так много драгоцен­ ного времени?

Причина, как и в случае барьера глубины, заклю­ чается не в техническом несовершенстве используемого снаряжения, а в относительной неприспособленности человеческого организма к повышенному давлению вод­ ной среды.

В организме человека всегда находится в раство­ ренном состоянии некоторое количество инертного газа, входящего в состав той атмосферы, которой дышит чело­ век. В соответствии с законами физики, растворимость газов в жидкостях увеличивается пропорционально повышению давления, и при погружении водолаза под воду содержание растворенного «разжижителя» в тканях его организма начинает возрастать. Количество избы­ точного газа, накопившегося к данному моменту в орга­ низме, зависит от продолжительности погружения, по­ скольку растворение его в крови и последующий переход (диффузия) в ткани — процесс относительно медлен­ ный.

При выходе на поверхность происходит снижение внешнего давления (этот процесс называется декомпрес­ сией) и растворимость газов в тканях организма падает. Если давление уменьшается достаточно медленно, то процесс удаления излишков инертного газа — обратная диффузия из тканей в кровь и последующее выделение из крови в легких — протекает без каких-либо послед­ ствий для человека. Однако же, если скорость подъема окажется слишком большой, избыток «разжижителя» начнет переходить в газообразное состояние непосред­ ственно в тканях и крови, вызывая закупорку сосудов

изрения, поражению суставов, параличам конечностей

ив тяжелом случае — к смерти.

24

Чтобы предупредить заболевание (оно носит назва­ ние декомпрессионной, или кессонной, болезни), водо­ лаз должен выходить на поверхность, строго соблюдая безопасный режим медленного подъема — так называе­ мый режим декомпрессии. На практике широко исполь­ зуются рабочие водолазные таблицы, в которых зафи­ ксированы декомпрессионные режимы, рассчитанные с учетом как глубины погружения, так и времени пре­ бывания водолаза на грунте. В основу этих таблиц положен метод ступенчатой декомпрессии. Суть его заключается в следующем.

Экспериментальным путем доказано, что быстрое снижение в определенных пределах внешнего давления не вызывает образования газовых пузырьков, т. е. водо­ лаз может быстро подняться на глубину с меньшим дав­ лением (для азота допустимый перепад — в 2 раза), не опасаясь кессонной болезни. Но дальнейший подъем нельзя продолжать до тех пор, пока излишки инертного газа не будут частично удалены из организма, т. е. необ­ ходима определенная выдержка на этой глубине, после чего становится возможным быстрый переход па сле­ дующую «ступеньку».

Опасность декомпрессионной болезни — одно из самых серьезных препятствий на пути завоевания боль­ ших глубин. Соблюдение рассчитанных режимов позво­ ляет сохранять жизнь и здоровье водолазу при глубоко­ водных спусках, но в то же время ставит перед ним барьер времени, долгое время считавшийся непреодоли­ мым.

В водолазной практике иногда применяют некото­ рые способы, позволяющие при подъеме несколько со­ кратить время вынужденного пребывания под водой. Минуя две-три последние «ступеньки», водолаза быстро поднимают на поверхность и немедленно помещают в ба­ рокамеру для проведения пропущенных этапов ступен­ чатой декомпрессии. Использование для дыхания гелиокислородных смесей значительно сокращает время де­ компрессии после длительного пребывания под водой благодаря тому, что гелий обладает значительно мень­ шей растворимостью, чем азот. Но ни гелий (вспомните погружение Джорджа Вуки!), пи декомпрессия на по­ верхности принципиально не могут дать ключ к победе над барьером времени.

25

ТРИ ПУТИ

Итак, источник всех бед — повышенное давление среды, воздействующее на человеческий организм. Но нельзя ли попытаться защитить от него водолаза, сде­ лать скафандр таким прочным и жестким, чтобы он выдерживал высокое давление окружающей воды? Тогда водолаз сможет находиться в нем при нормальном давлении в обычной атмосфере и работать, не опасаясь ни азотного наркоза, ни отравления кислородом, ни декомпрессионной болезни.

Полвека назад этот путь считали достаточно пер­ спективным. История водолазного дела тех лет изоби­ ловала всевозможными проектами так называемых «жестких» водолазных скафандров.

Скафандр представлял собой пустотелый металличе­ ский панцирь, по форме похожий на человеческое тело. К цилиндрическому туловищу с несколькими иллюми­ наторами в верхней части прикреплялись с помощью шарниров толстые суставчатые руки н ноги, а вместо пальцев из рукавов торчали клещи или другой инстру­ мент.

По замыслу изобретателей, водолаз, помещавшийся внутри скафандра, мог приводить в движение шарнир­ ные конечности, т. е. самостоятельно перемещаться по грунту и работать встроенным инструментом. Сложные сочленения-суставы могли вращаться, не пропуская внутрь воду. Запаса кислорода в баллонах, прикреп­ ленных к скафандру, хватало для дыхания в течение нескольких часов. Скафандр оснащался системой реге­ нерации воздуха, телефоном для постоянной связи с по­ верхностью по кабелю, глубиномером, компасом, ча­ сами и прочими приспособлениями и устройствами. Короче говоря, скафандр был задуман как совершенное техническое средство, с помощью которого человек мог бы успешно работать на больших глубинах, не стра­ шась высокого давления.

Однако эти надежды так и не оправдались. Водолаз мог выполнять на дне полезную работу лишь при одном непременном условии — хорошей подвижности конеч­ ностей. Человек, одетый в скафандр, приводит их в движение с помощью своей мышечной силы, преодоле­ вая сопротивление внешнего давления воды, которое

26

давления воды, расширить его возможности, обеспечить ему условия для производительного труда на морском дне.

Второй возможный путь — путь, исчерпывающий до конца резервы, таящиеся в человеческом организме, использующий природную приспособляемость человека до максимально возможных пределов.

Водолаз не может долго оставаться на грунте из-за неизбежности длительной декомпрессии при подъеме на поверхность. Но так ли уж нужен подъем? Что если дать возможность водолазу отдыхать, есть, спать прямо на месте работы — на дне? Что если жить под водой сутки, неделю, месяц — столько, сколько потребуется для выполнения работы, и только после ее окончания подняться на поверхность, пройдя декомпрессию всего один раз? В этом случае водолазам потребуется необыч­ ное жилище — дом, в котором повышенное давление искусственной атмосферы будет удерживать воду у «по­ рога» — люка в полу, как в перевернутом стакане с воздухом, опущенном под воду. Чтобы войти в такой дом после многочасового рабочего дня, водолазу не нужно будет проходить никакой декомпрессии.

Существует ли третий путь — путь кардинальной переделки человеческого организма с целью приспосо­ бить сухопутного человека к жизни в водной среде с минимумом или вовсе без защитных технических средств? Некоторые энтузиасты утверждают: да, су­ ществует.

Выступая в 1962 г. на Лондонском конгрессе подвод­

времени красивая сказка о человеке-рыбе Ихтиандре сможет стать былью. По мнению Кусто, гомо акватикус — подводный человек — не будет нуждаться в воз­ духе или в искусственных дыхательных смесях. Его легкие заполнит жидкий несжимаемый пластик, а кис­ лород, необходимый организму, он сможет извлекать из воды с помощью искусственных жабр.

Проблема создания портативной автономной си­ стемы искусственного газообмена, своего рода «внеш­ него» круга кровообращения, принципиально разре­ шима для организма, обитающего в воздушной среде. Быть может, в будущем удастся создать такую аппара­

28

туру, которая позволит организму беспрепятственно дышать и воздухом, и с помощью искусственных жабр. Пока же это только мечты.

Глава 2. РЫВОК В ГЛУБИНУ

Бывает, что выдающегося результата в какой-либо области человеческой деятельности удается достичь не маститым специалистам, а новичкам-диле- тантам. Иногда благодаря случайности, но нередко и потому, что дилетант обычно свободен от укоренив­ шихся привычек и догм, играющих в сознании спе­ циалистов роль своеобразного психологического тор­ моза.

Вряд ли кто-нибудь в конце пятидесятых годов серьезно предполагал, что уже через 10—12 лет 183метровый рекордный рубеж будет превзойден более чем втрое! Погружение на полукилометровую глубину считалось в то время вообще неосуществимым. Когда сподвижник Кусто Филипп Тайе проектировал и строил барокамеру, рассчитанную на имитацию погружений на глубину 300 м, никто не хотел верить, что человек когда-нибудь воспользуется ее возможностями. Заста­ вил это сделать молодой профессор математики швейца­ рец Ганс Келлер.

ОПЕРАЦИЯ «АТЛАНТИС»

В 1958 г. Келлер увлекся входящим в моду подвод­ ным плаванием и с первых же погружений полюбил чарующий мир глубин. Обладая аналитическим скла­ дом ума, он быстро понял, что в водолазном деле суще­ ствует множество «белых пятен». Будучи уверенным, что большая часть нерешенных проблем поддается совре­ менным математическим методам исследования, Келлер задумал поставить серию опытов, намереваясь в конеч­ ном итоге погрузиться так глубоко, как это только воз­ можно в автономном снаряжении.

29