Особенно сильное воздействие азота на организм проявляется при давлении, превышающем 6–8 атмосфер. Следовательно, можно сказать, что глубина погружения человека в вентилируемом сжатым воздухом водолазном снаряжении из-за воздействия азота на организм ограничивается 60 м. В настоящее время для дыхания водолаза при спусках на глубины 60 м и более используется не оказывающий на организм человека заметного наркотического действия гелий в смеси с кислородом.
Парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе составляет 160 мм рт. ст. (0,209 кг/см2). Практически установлено, что при парциальном давлении кислорода, равном 3 атмосферам и более, водолаз заболевает так называемым «кислородным отравлением».
Различают две формы кислородного отравления: легочную и судорожную. Легочная форма кислородного отравления развивается при длительном (более 10 ч) вдыхании сжатого воздуха, т. е. воздуха, в котором парциальное давление кислорода несколько повышено (до 2 атмосфер). Наиболее опасна судорожная форма кислородного отравления, наступающая при парциальном давлении кислорода, превышающем 3 атмосферы.
Парциальное давление кислорода в 3 атмосферы наступает на глубине около 140 м, значит, и глубина погружения человека в водолазном снаряжении, вентилируемом сжатым воздухом, ограничивается 140 м.
Несколько слов о насыщении организма водолаза индифферентными газами, в основном азотом. Индифферентные газы не участвуют в жизненных процессах и находятся в крови и тканях человека в растворенном состоянии. Количество растворенного в организме человека индифферентного газа пропорционально его парциальному давлению. С увеличением парциального давления индифферентного газа растворимость его в крови человека увеличивается. Растворенный газ разносится с кровью по всему организму, переходит в ткани и растворяется также и в них. Возвращаясь в легкие, кровь вновь насыщается газами и разносит их по всему организму. Так происходит до полного насыщения тканей индифферентными газами.
При понижении парциального давления газа описанный процесс идет в обратном порядке. Однако скорость насыщения и рассыщения неодинакова. Если насыщение организма газами происходит безболезненно, то при понижении давления (особенно при быстром понижении) газ из тканей выделяется так интенсивно, что кровь не успевает выносить его в легкие, и он задерживается в ней в виде мелких газовых пузырьков, которые, двигаясь вместе с током крови, закупоривают кровеносные сосуды, в результате чего может наступить паралич и даже смерть. Эту болезнь, называющуюся кессонной, можно предотвратить, совершая подъем водолаза с глубины постепенно, с остановками, во время которых газовые пузырьки растворяются в крови, и последняя успевает выносить газ в легкие. Постепенное снижение давления на организм водолаза называется декомпрессией.
Из приведенного выше анализа видно, что возможности спуска водолаза на большие глубины ограничены. Усиленные исследования, которые проводятся в США и в других капиталистических странах, показывают, что, применяя для дыхания различные смеси, человек может погружаться лишь на глубину до 200 м.
Правда, в последние годы отдельные исследователи погружались и на большие глубины. В связи с этим следует упомянуть о погружениях Ганса Келлера — молодого швейцарского математика, который совместно с известным врачом-физиологом Альбертом Бюльманом разработал новую теорию азотного наркоза. В противоположность общепринятой теории, согласно которой наркоз вызывается чрезмерным насыщением крови азотом, Келлер и Бюльман полагают, что причиной его является соединение кислорода высокого давления с большим количеством углекислого газа в крови. Основываясь на этом предположении, Келлер и Бюльман разработали теорию применения новых газовых смесей, а также некоторые технические приемы спусков и подъемов водолаза, благодаря которым Келлеру удалось сделать ряд погружений на глубину до 300 м; причем подъем с этих глубин производился в рекордно быстрое время. Так, подъем с глубины 155 м занял у Келлера всего 45 мин, в то время как по классической схеме декомпрессии он должен был длиться около 7 ч.
Исследования последних лет позволяют надеяться, что существуют неизведанные еще пути, следуя которыми, человек может проникать все дальше и дальше в глубь подводного мира.
Итак, глубина погружения в водолазном снаряжении ограничена вследствие физиологического воздействия давления воды на организм человека. Стало быть, достигнуть больших глубин можно лишь в жестких замкнутых камерах, способных выдерживать огромные давления. Поэтому подлинные глубоководные погружения стали возможны только в начале двадцатого столетия, когда человек сумел спроектировать и построить замкнутые, достаточно прочные камеры.
Первой близкой к современным камерой, по-видимому, следует считать подводную камеру Ганса Гартмана, которую он построил в 1911 г. Камера Гартмана была оборудована специальной оптической системой для фотографирования на расстоянии до 38 м. Для освещения камеры применялись аккумуляторные батареи. Углекислота, выделяемая при дыхании человека, поглощалась специальным прибором. В этой камере, спускаемой и поднимаемой на стальном тросе, Гартман сумел достичь глубины 458 м.
Следующей подводной камерой был советский гидростат, сконструированный в 1923 г. инженером Г. И. Даниленко (рис. 2).
Рис. 2. Гидростат Даниленко.
Корпус гидростата — клепаный цилиндр со сферическими донышками. Он имел иллюминатор с наружным освещением для наблюдения. Для аварийного всплытия в нижней части гидростата размещался балласт, привод отдачи которого приводился в действие изнутри камеры.
При помощи гидростата Г. И. Даниленко производились поиски затонувших кораблей. Так, в Черном море был найден английский корабль «Черный принц», а в Финском заливе — канонерская лодка «Русалка», затонувшая в 1893 г.
Определенный интерес представляет подводная камера, сконструированная в США в 1925 г. и рассчитанная на погружение до глубин 1000 м. Камера представляла собой двухстенный стальной цилиндр диаметром 75 см, под днищем которого находился балласт, удерживаемый электромагнитами. В воде камера могла вращаться вокруг вертикальной оси и наклоняться на небольшой угол для осмотра дна, что осуществлялось с помощью трех гребных винтов. Камера была оборудована приспособлениями для захвата морских организмов, просверливания отверстий в бортах судов и закладывания подъемных крюков. Внутри камеры размещались приборы для определения глубины, компас, электрические грелки, хронометр, фотоаппаратура, термометры для измерения температуры воды, телефон для связи с поверхностью. Экипаж из 2 человек мог находиться в камере под водой в течение 4 ч. Камера использовалась для исследования древних городов Карфагена и Позиллино, а также для отыскания затонувших кораблей. На глубину 1000 м эта камера так и не опускалась.
В 1929 г. американцы Д. Бартон и В. Биб, использовав опыт постройки предыдущей камеры, создали глубоководную камеру, названную ими батисферой[3]. В этой камере отважные исследователи опустились в 1930 г. в Атлантическом океане у Бермудских островов на глубину 240 м.
После значительного числа пробных погружений без людей и введения ряда усовершенствований в конструкцию и оборудование батисферы 15 августа 1934 г. Биб и Бартон совершили свое известное погружение на глубину 923 м. Эта глубина лимитировалась тросом, имевшим длину 1067 м. Следует отметить, что наблюдения, выполненные исследователями во время спуска, сыграли определенную роль для дальнейшего изучения морских глубин.
В 1937 г. в нашей стране под руководством академика Ю. А. Шиманского был спроектирован гидростат, являвшийся крупным научным и техническим достижением для своего времени.
Гидростат, предназначенный для спусков на глубину до 2500 м и рассчитанный на пребывание в нем двух человек в течение 10 ч, был оборудован научно-исследовательскими приборами общим весом 600 кг. Для визуального наблюдения, а также для производства фото- и киносъемок в корпусе гидростата имелись два иллюминатора. Погружение и всплытие гидростата осуществлялось самостоятельно. Для погружения в уравнительную цистерну принималась вода; регулировкой приема воды или ее откачки достигалось погружение или всплытие с желаемой скоростью. При необходимости всплытие гидростата могло быть ускорено отдачей двух твердых грузов весом до 150 кг. Для увеличения скорости погружения к гидростату дополнительно подвешивался груз на тросе длиной около 100 м, который одновременно предохранял камеру от ударов о дно моря или подводные препятствия.
Перемещение гидростата в горизонтальной плоскости осуществлялось с помощью гребного винта, приводимого в действие электрическим мотором мощностью 2 л. с. Скорость горизонтального перемещения составляла около 0,3 м/сек на расстояние до 3 км. Для вращения гидростата вокруг вертикальной оси служил инерционный механизм, состоящий из массивного маховика на вертикальной оси, приводимого во вращение электромотором мощностью 0,4 л. с. со скоростью около 45° в минуту. Вес гидростата составлял 10,5 т; его опускание на глубину 2500 м осуществлялось за 20 мин, а подъем с этой глубины за 10–15 мин.
