Фрэнсис Эшкрофт - На грани возможного: Наука выживания
А вот колонии оболочников, раскрашенных в желто-лиловый. В молодости они вполне подвижны и обладают развитой нервной системой, но в середине жизненного пути перестают двигаться, прикрепляются к камню и больше с него не сходят. Нервная система у них за ненадобностью атрофируется. Вот оно, наглядное предостережение для всех, кто ведет сидячий образ жизни…
2. Жизнь под гнетом
Отправляющиеся на кораблях в море, производящие дела на больших водах, видят дела Господа и чудеса Его в пучине.
Псалом 106Из космоса Земля выглядит переливающимся бирюзовым шаром, висящим посреди кромешной темноты. Видя ее такой, мы как нельзя лучше понимаем, что наш мир – это мир воды. Обитаемая суша составляет очень незначительную часть, едва ли четверть поверхности планеты, и в основном сосредоточена с одной стороны. Так что даже человеку, никогда не бывавшему на взморье, не уйти из-под власти океанов, ведь именно там формируется погода и рождаются бури. Океанские течения (особенно знаменитое Эль-Ниньо) влияют на весь мир, неся в одни области засуху и голод, а в другие – затяжные ливни. Моей родной Англии мягкий климат и долгие месяцы теплой погоды обеспечивает Гольфстрим, несущий тепло ее берегам. Однако, несмотря на огромные размеры (260 млн кв. км) и несомненную важность в нашей жизни, океаны по-прежнему остаются малоизученными. Мы плещемся на мелководье континентального шельфа и даже сегодня, ступив на поверхность Луны, не можем полноценно исследовать океанские глубины.
Самое глубокое место на Земле – Марианская впадина в Тихом океане, глубина которой составляет 11 034 м. Эверест скроется в ней по самую макушку, и еще останется 2000 м. Для человека она практически недосягаема. Даже средние морские глубины, около 4000 м, недоступны для нас без подводных аппаратов. И тем не менее глубина не перестает нас манить – возможно, именно своей недоступностью. В культуре любого народа живут предания о мифических подводных чудовищах. Глубоко под водой находится дворец Посейдона и русалочье царство, там дремлет Кракен{12}, там, спасаясь от господнего гнева, нашел убежище Левифан (чудовищный морской змей из финикийской мифологии). Однако действительность, как это часто бывает, причудливее любого вымысла. В 1938 г. изумленному научному сообществу был представлен живой целакант, прежде считавшийся вымершим. Где-то в океанских водах обитает гигантский кальмар, щупальцы которого достигают 18 м, – живьем его никто не видел, но мертвые туши время от времени попадаются в сетях, а клювы не раз обнаруживались в желудках китов. Но самые удивительные из этих созданий – бактерии, описанные в главе 7, живущие у «черных курильщиков» на срединно-океанических хребтах при температуре свыше 100° C и давлении свыше 1000 атмосфер.
И хотя люди постоянно под водой не живут, некоторые, например водолазы на нефтяных платформах в Северном море, могут проводить на глубине значительную часть жизни. Тысячи людей занимаются в свободное время подводным плаванием – с аквалангом, с трубкой и без всякого снаряжения. С какими проблемами им приходится сталкиваться и где предел физически доступной человеку глубины? В этой главе мы расскажем о том, как с развитием возможностей погружения под воду углублялись наши знания о физиологии человека, а также в очередной раз зададимся вопросом, почему некоторые представители животного мира и в подводном плавании преуспели гораздо больше нас.
Физика давления
Помимо нехватки воздуха основная трудность, которую приходится преодолевать ныряльщику, – это увеличение давления. Чем глубже человек погружается, тем выше давление, поскольку возрастает вес давящего сверху водяного столба. При одной и той же высоте столба вода примерно в 775 раз тяжелее воздуха, поэтому разница в давлении воды заметно ощутимее, чем в давлении воздуха: если атмосферное давление на вершине Эвереста (8848 м) уменьшается по сравнению с уровнем моря на две трети, то при погружении на ту же глубину (8848 м) оно в 885 раз возрастет. Давление на дне жидкостного столба определяется высотой столба, плотностью жидкости и силой тяжести. В морской воде давление возрастает примерно на одну атмосферу через каждые 10 м спуска. Ныряльщики обычно измеряют его в единицах атмосферного давления – барах. Так, на глубине 30 м давление составляет 4 бара, складываясь из давления на поверхности (1 бар) и подводного давления (3 бара).
Объем газа изменяется в зависимости от давления. Роберт Бойль (1627–1691) описал этот феномен в своем знаменитом законе, который он сформулировал в оксфордской лаборатории, расположенной неподалеку от той, где работаю я. Он доказал, что (при заданной температуре) произведение давления и объема всегда постоянно, то есть объем, помноженный на давление, дает константу. Таким образом, на глубине 30 м, где давление в четыре раза превышает атмосферное, объем газа сократится до четверти объема на поверхности. Как мы увидим позже, подобное сокращение объема газа на глубине и расширение при подъеме на поверхность, где давление вновь снижается, имеет огромное значение для ныряльщиков.
Первые ныряльщики
Нырять под воду за пропитанием, в поисках спасения или в военных целях люди начали еще в древности. Одно из первых погружений описано в «Илиаде», где греческий воин Патрокл в саркастическом ключе сравнивает возничего колесницы Гектора, который от удара камнем кубарем катится на землю, с ныряльщиком за моллюсками. Другие древнегреческие источники упоминают ныряльщиков за губками, которые пользовались для ускорения спуска и подъема свинцовыми грузами и веревками. Украшения с перламутром свидетельствуют, что в Месопотамии еще в 4500 г. до н. э. добывали со дна перламутровые раковины, а в Японии и Корее профессия ныряльщиц за жемчугом, морскими водорослями и раковинами существует уже около 2000 лет, судя по упоминанию в хронике «Гиси-Вадзин-Ден», написанной, предположительно, около 250 г. до н. э. Кроме того, известно, что греки обучали ныряльщиков для военно-морских действий еще в 400–333 гг. до н. э. Самым знаменитым из них был Сциллий, который, согласно Геродоту, служил персам, поднимая сокровища с затонувших кораблей, но затем переметнулся к грекам и помог им в сражении с персидским флотом, снабдив необходимыми сведениями о противнике и перерезав под водой якорные канаты вражеских кораблей.
Водолазный колокол и герметичный водолазный сосуд – тоже достаточно древние изобретения. Примитивные водолазные колокола были изобретены в XVI в., но лишь после появления ручного насоса, сконструированного Германом Отто фон Герике в 1654 г., стало возможно пополнять запасы воздуха внутри колокола и использовать колокол в практике. Принцип действия такого колокола легко проиллюстрировать на примере пустой стеклянной банки. Переверните ее и погрузите в емкость с водой – вы увидите, что находящийся внутри воздух не дает проникнуть воде внутрь. Однако тут есть подвох. Во-первых, если равновесие банки нарушить, воздух выйдет из-под края, и на его место просочится вода (попробуйте наклонить банку). И во-вторых, объем воздуха под колоколом будет, согласно закону Бойля, сокращаться с увеличением давления: на глубине 10 м от изначального объема останется лишь половина. Поэтому в колокол необходимо подкачивать дополнительный воздух с поверхности.
Водолазные костюмы разрабатывались для морских поисковых работ. В числе первопроходцев было два брата, Джон и Чарльз Дины, организовавшие примерно в 1832 г. собственное «подводное инженерное» дело в районе английского Портсмута. Получилось это очень неожиданно. Спасая лошадей из горящей конюшни, они придумали использовать в качестве дыхательного аппарата шлем от рыцарских доспехов, куда через шланг подкачивался воздух с помощью ручного насоса. Случайное изобретение оказалось настолько эффективным, что было запатентовано для борьбы с пожарами. Вскоре братья поняли, что его можно использовать и для погружения под воду, и к 1828 г. создали усовершенствованный аппарат, состоящий из открытого тяжелого шлема, куда воздух закачивался через кожаный шланг насосом, стоящим на палубе судна. Шлем, при условии что водолаз держит голову прямо, действовал как переносной водолазный колокол, доступ воды в который снизу преграждался накачиваемым сверху воздухом.
Это приспособление с успехом использовалось в течение многих лет для погружений на глубину до 10 м сроком до 30 минут. Однако у него имелся серьезный недостаток: стоило водолазу споткнуться или упасть, в шлем просачивалась вода, и человек мог захлебнуться. Создание герметичного водолазного комплекта, где шлем накрепко соединялся с водонепроницаемым костюмом, решило эту проблему, одновременно создав другую. Теперь закачиваемый с поверхности воздух заполнял не только шлем, но и костюм. Если водолаз погружался слишком быстро или неожиданно, его помощник мог не успеть сравнять давление воздуха с давлением окружающей водолаза воды, и объем воздуха в костюме падал (напомним, что давление, помноженное на объем, есть константа). Голове водолаза в медном шлеме ничего не грозило, а вот костюм угрожающе сжимался, иногда сдавливая грудную клетку так сильно, что повреждались легкие. Водолаз чувствовал себя так, будто его целиком пытаются втиснуть в шлем. В самом худшем случае, если из-за сильного давления отказывал клапан между шлангом и костюмом, «всю кровь и плоть засасывало в шланг, а в костюме оставались лишь кости и ошметки».
