© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

21. Из истории завоевания морских глубин.

✦ Изучать Мировой океан без погружения в его глубины невозможно. Изучение поверхности океанов, их размеров и конфигурации, поверхностных течений, островов и проливов происходило в течение многих веков и всегда было делом исключительно трудным и опасным. Не меньшие трудности представляет изучение океанских глубин, а некоторые трудности остаются до сих пор непреодолимыми.

Человек, впервые погрузившись под воду в далёкие времена, конечно, не преследовал цели изучения морских глубин. Наверняка его задачи были тогда чисто практическими, или как теперь говорят, прагматическими, например: достать со дна моря губку или моллюска для употребления в пищу.

А когда в раковинах попадались красивые шарики жемчуга, ныряльщик приносил их в свою хижину и отдавал жене как украшение, или брал себе для этой же цели. Погружаться в воду, становиться ныряльщиками могли только люди, жившие на берегах тёплых морей. Они не рисковали простудиться или получить спазмы мышц под водой.

Древний ныряльщик, взяв в руки нож и сеточку для сбора добычи, зажимал между ногами камень и бросался в пучину. Такое предположение совсем легко составить, потому что ловцы жемчуга в Красном и Аравийском морях, или профессиональные ныряльщики из индийского племени парава до сих пор поступают именно так. Они не знают ни акваланга, ни маски. Вся их экипировка осталась точно такой, какой была и сотню, и тысячу лет назад.

Но ныряльщик – это не водолаз. Ныряльщик пользуется под водой только тем, что ему дала природа, а водолаз использует специальные устройства и оборудование для того, чтобы глубже погрузиться в воду и дольше там пробыть. Ныряльщик, даже хорошо тренированный, не может оставаться под водой более полутора минут. Максимальная глубина, на которую он может нырнуть, не превышает 25-30 метров. Только отдельные рекордсмены способны задержать дыхание на 3-4 минуты и нырнуть несколько глубже.

Если использовать такое простое приспособление, как дыхательная трубка, то можно находиться под водой достаточно долго. Но какой в этом смысл, если глубина погружения при этом не может быть больше одного метра? Дело в том, что на большей глубине вдох через трубку сделать трудно: нужна большая сила мускулов грудной клетки, чтобы преодолеть давление оды, действующее на тело человека, в то время как лёгкие находятся под нормальным атмосферным давлением.

Уже в древности предпринимались попытки использовать примитивные приспособления для дыхания на небольшой глубине. Например, с помощью грузов на дно опускали перевёрнутый вверх дном какой-нибудь сосуд типа колокола, и ныряльщик мог пользоваться запасом воздуха в этом сосуде. Но дышать в таком колоколе можно было лишь считанные минуты, так как воздух быстро насыщался выдыхаемым углекислым газом и становился непригодным для дыхания.

По мере освоения человеком океана вставали проблемы с изобретением и изготовлением необходимых водолазных приспособлений не только для дыхания, но и для зрения в воде. Человек с нормальным зрением, открыв глаза в воде, окружающие предметы видит очень слабо, как в тумане. Объясняется это тем, что коэффициент преломления воды почти равен коэффициенту преломления самого глаза. Поэтому хрусталик не может сфокусировать изображение на сетчатку, и фокус изображения оказывается далеко за сетчаткой. Получается, что человек в воде становится как бы чрезвычайно дальнозорким – до плюс 20 диоптрий и больше. Кроме того, непосредственный контакт с морской, да и с пресной водой вызывает раздражение глаз и болезненные ощущения.

Ещё до изобретения подводных очков и маски со стеклом ныряльщики прошлых веков укрепляли перед глазами пластинки, герметизируя их куском материи, пропитанным смолой. Пластинки изготовлялись из тончайших полированных срезов рога и обладали определённой прозрачностью. Без подобных приспособлений нельзя было выполнять многие работы при строительстве портов, углублении гаваней, при отыскании и подъёме затонувших судов, грузов и так далее.

В России в эпоху Петра I, когда страна вышла к морскому побережью, водолазное дело приобрело практическое значение.

Русь всегда славилась умельцами из народа, обобщённый портрет которых создал писатель Ершов в образе Левши, подковавшего английскую блоху. Один из таких умельцев вошёл в историю техники при Петре I. Это был Ефим Никонов, крестьянин из подмосковного села Покровское, который в 1719 году смастерил деревянную подводную лодку («потаённое судно»), а также предложил конструкцию кожаного водолазного костюма с бочонком для воздуха, который надевался на голову и имел окошки для глаз. Но довести конструкцию водолазного костюма до нужного рабочего состояния он не смог, так как его «потаённое судно» не выдержало испытания и потонуло в озере, вследствие чего Е.Никонову было отказано в средствах. Изобретатель, конечно, не мог знать, что в его водолазном костюме с бочонком воздуха на голове человек в любом случае не смог бы продержаться больше 2-3 минут.

Проблема дыхания под водой

Проблема дыхания под водой с подачей водолазу свежего воздуха не поддавалась решению в течение нескольких веков. В средние века и даже позднее изобретатели не имели никакого понятия о физиологии дыхания и газообмене в лёгких. Вот один из примеров, граничащий с курьёзом. В 1774 году французский изобретатель Фреминс предложил для работы под водой конструкцию, состоявшую из шлема, соединённого медными трубками с небольшим резервуаром для воздуха. Изобретатель считал, что разница между вдыхаемым и выдыхаемым воздухом состоит только в неодинаковой температуре. Он надеялся, что выдыхаемый воздух, пройдя под водой через трубки, охладится и снова станет пригодным для дыхания. А когда при испытаниях этого устройства водолаз стал задыхаться через две минуты, изобретатель страшно удивился.

Когда стало ясно, что для работы человека под водой нужно непрерывно подавать свежий воздух, начали думать о способах его подачи. Сначала попытались использовать для этого мехи наподобие кузнечных. Но этим способом подать воздух на глубину более одного метра не удавалось – мехи не создавали необходимого давления.

Только в начале 19-го века был изобретён нагнетательный воздушный насос, обеспечивавший подачу водолазу воздуха на значительную глубину.

В течение целого столетия воздушный насос приводился в действие вручную, потом появились механические помпы.

Первые водолазные костюмы, акваланг.

Первые водолазные костюмы имели открытые снизу шлемы, в которые по шлангу накачивали воздух. Выдыхаемый воздух выходил через открытый край шлема. Водолаз в таком, с позволения сказать, костюме мог работать только в вертикальном положении, потому что даже лёгкий наклон подводника приводил к заполнению шлема водой. Изобретателями этих первых водолазных костюмов были независимо друг от друга англичанин А.Зибе (1819 году) и кронштадский механик Гаузен (в 1829 году). Вскоре стали изготовлять усовершенствованные водолазные костюмы, в которых шлем герметично соединялся с курткой, а выдыхаемый воздух стравливался из шлема специальным клапаном.

Но и усовершенствованный вариант водолазного костюма не обеспечивал водолазу полную свободу движения. Тяжёлый воздушный шланг мешал в работе и ограничивал дальность перемещения. Хотя этот шланг был жизненно необходим подводнику, всё же нередко он был и причиной его гибели. Случалось это тогда, когда шланг пережимался каким-либо тяжёлым предметом или повреждался с утечкой воздуха.

Со всей ясностью и необходимостью вставала задача разработки и изготовления такого водолазного снаряжения, в котором подводник не был бы зависим от подачи воздуха из внешнего источника и был бы полностью свободен в своих движениях.

✦ Многие изобретатели брались за проектирование такого автономного снаряжения. Прошло более ста лет со времени изготовления первых водолазных костюмов и только в середине 20-го века появился аппарат, получивший известность под названием акваланг. Главной частью акваланга является дыхательный аппарат, который изобрёл знаменитый французский исследователь океанских глубин, в дальнейшем всемирно известный учёный Жак-Ив Кусто и его коллега Эмиль Ганьян. В самый разгар второй мировой войны, в 1943 году, Жак-Ив Кусто и его друзья Филипп Тайе и Фредерик Дюма впервые испытали новое приспособление для погружения в воду. Акваланг (от латинского aqua – вода и английского lung – лёгкое) представляет собой ранцевый аппарат, состоящий из баллонов со сжатым воздухом и дыхательного аппарата. Испытания показали, что аппарат работает чётко, водолаз легко, без усилий вдыхает чистый, свежий воздух из стального баллона. Погружение и всплытие аквалангиста происходит свободно, без ощущения каких-либо неудобств.

В процессе эксплуатации акваланг был конструктивно доработан, но в целом его устройство осталось без изменений. Однако никакие конструктивные изменения не дадут аквалангу возможность глубокого погружения. Без риска для жизни водолаз с аквалангом, как и водолаз в мягком водолазном костюме, получающий воздух по шлангу, не могут переступить стометровый барьер глубины. Главным препятствием здесь остаётся проблема дыхания.

Кессонная болезнь

Воздух, которым дышат все люди на поверхности Земли, при погружении водолаза на 40–60 метров вызывает у него отравление, похожее на алкогольное опьянение. Достигнув указанной глубины, подводник внезапно теряет контроль над своими поступками, что нередко заканчивается трагически. Установлено, что главная причина такого «глубинного опьянения» заключается в воздействии на нервную систему азота, находящегося под большим давлением. Азот в баллонах акваланга заменили инертным гелием, и «глубинное опьянение» перестало наступать, но появилась другая проблема. Организм человека очень чувствителен к процентному содержанию кислорода во вдыхаемой смеси. При нормальном атмосферном давлении в воздухе, которым дышит человек, должно быть около 21 процента кислорода. При таком содержании кислорода в воздухе человек прошёл весь длительный путь своей эволюции. Если при нормальном давлении содержание кислорода сократится до 16 процентов, то наступает кислородное голодание, что вызывает внезапную потерю сознания. Для человека, находящегося под водой, такая ситуация особенно опасна. Повышение содержания кислорода во вдыхаемой смеси может вызвать отравление, приводящее к отёку лёгких и их воспалению. С ростом давления опасность кислородного отравления возрастает. Согласно расчётам, на глубине 100 метров вдыхаемая смесь должна содержать всего 2-6 процентов кислорода, а на глубине 200 м – не более 1-3 процента. Таким образом, дыхательные автоматы должны обеспечивать изменение состава вдыхаемой смеси по мере погружения подводника в глубину. Медицинское обеспечение глубоководного погружения человека в мягком скафандре имеет первостепенное значение.

С одной стороны, кислородное отравление, а с другой – удушье от недостатка того же кислорода постоянно угрожают человеку, опускающемуся в глубину. Но этого мало. Все теперь знают о так называемой кессонной болезни. Напомним, что это такое. При высоком давлении в крови водолаза растворяются газы, входящие в состав дыхательной смеси. Основную часть воздуха, которым дышит водолаз, составляет азот. Его значение для дыхания состоит в том, что он разбавляет кислород. При быстром падении давления, когда водолаза поднимают на поверхность, избыток азота не успевает удалиться через лёгкие, а в крови образуются пузырьки азота, кровь как бы вскипает. Пузырьки азота закупоривают мелкие кровеносные сосуды, отчего наступает слабость, головокружение, иногда с потерей сознания. Это и есть проявления кессонной болезни (эмболии). Когда же пузырьки азота (или другого газа, составляющего дыхательную смесь) попадают в крупные сосуды сердца или мозга, то ток крови в этих органах прекращается, то есть наступает смерть.

Для предотвращения кессонной болезни подъём водолаза должен производиться медленно, с остановками, чтобы происходила так называемая декомпрессия организма, то есть чтобы избыток растворённого газа успевал постепенно покинуть кровь через лёгкие. В зависимости от глубины погружения рассчитывается время подъёма и количество остановок. Если на большой глубине водолаз находится несколько минут, то время на его спуск и подъём исчисляется несколькими часами.

Рекорды глубины погружения

Сказанное лишний раз подтверждает ту простую истину, что человек не может жить в водной стихии, когда-то породившей его далёких предков, и он никогда не покинет земную твердь.

Но для познания мира, в том числе изучения океана, люди упорно стремятся овладеть океанской глубиной. Погружения на большую глубину люди выполняли ещё в мягких водолазных костюмах, не имея даже приспособлений типа акваланга.

✦ Первым на рекордную глубину 135 метров опустился в 1937 г. американец Мак Нол, а два года спустя советские водолазы Л.Кобзарь и П.Выгулярный, дышавшие гелиевой смесью, достигли глубины 157 метров. Десять лет понадобилось после этого, чтобы достичь отметки 200 метров. На такую глубину в 1949 году опустились два других советских водолаза – Б.Иванов и И.Выскребенцев.

✦ В 1958 году водолазным делом заинтересовался учёный, специальность которого была далека от подводных погружений. Это был молодой, тогда 26-летний математик, имевший уже звание профессора Цюрихского университета, Ганс Келлер. Действуя скрытно от других специалистов, он сконструировал аппаратуру, рассчитал состав газовых смесей и сроки декомпрессии и приступил к тренировкам. Уже через год с приспособлением в виде водолазного колокола он опустился на дно Цюрихского озера на глубину 120 метров. Г.Келлер добился рекордно коротких сроков декомпрессии. Как он этого добился, было его секретом. Он мечтал о мировом рекорде глубины погружения.

Работами Г.Келлера заинтересовались военно-морские силы США, и очередное погружение было намечено на 4 декабря 1962 года в Калифорнийском заливе. Предполагалось с борта американского судна «Эврика» по специально изготовленному подводному лифту спустить на глубину 300 метров Г.Келлера и английского журналиста Питера Смолла, где они водрузят швейцарский и американский государственные флаги. С борта «Эврики» за погружением следили с помощью телевизионных камер. Вскоре после спуска лифта на экране показался только один человек. Стало ясно, что случилось что-то непредвиденное. Впоследствии было установлено, что в подводном лифте произошла утечка дыхательной смеси и оба акванавта потеряли сознание. Когда подняли лифт на борт судна, Г.Келлер вскоре пришёл в себя, а П.Смолл уже до поднятия лифта был мёртв. Кроме него погиб ещё аквалангист из группы обеспечения – студент К.Уиттекер. Поиски его тела были безрезультатны. Таковы печальные результаты нарушений правил водолазной безопасности.

Кстати, Г.Келлер тогда напрасно гнался за рекордом: уже в 1956 году на трехсотметровой глубине побывали три советских водолаза – Д.Лимбенс, В.Шалаев и В.Курочкин.

В последующие годы наиболее глубокие погружения – до 600 метров! выполняли водолазы французской фирмы «Комекс», занимающейся техническими работами нефтедобывающей промышленности на океанском шельфе.

На такой глубине водолаз в мягком скафандре и с самым совершенным аквалангом может находиться считанные минуты. Мы не знаем, какие неотложные дела, какие причины вынуждали руководителей упомянутой французской фирмы рисковать жизнью водолазов, отправляя их на запредельную глубину. Подозреваем однако, что причина здесь самая тривиальная – всё та же бескорыстная любовь к деньгам, к наживе.

Вероятно, глубина в 600 метров уже превышает физиологическую границу погружения человека в мягком водолазном костюме. Вряд ли нужно дальше испытывать возможности человеческого организма, они не беспредельны. К тому же человек побывал уже на глубине, значительно превышающей 600-метровый рубеж, правда, не в водолазном костюме, а в изолированных от внешней среды устройствах. Исследователям давно стало ясно, что на большие глубины человека без риска для его жизни можно опустить только в прочных металлических камерах, где давление воздуха соответствует нормальному атмосферному давлению. Значит, нужно обеспечить в первую очередь прочность и герметичность таких камер и создать запас воздуха с возможностью удаления отработанного воздуха или его регенерации. В конечном итоге такие устройства были изобретены, и исследователи опускались в них на большие глубины, вплоть до предельных глубин Мирового океана. Эти устройства называются батисферами и батискафами. Прежде чем познакомиться с этими устройствами, мы просим читателей проявить терпение и прочитать наш краткий рассказ об истории этого вопроса на следующей странице сайта Знания-сила.