Осторожно: глубина!

В одной из популярных книг об изобретателе акваланга Жак-Ив Кусто говорится: «Плавать под водой безопасно и увлекательно. Но люди, которые не подготовились, как следует, для плавания под водой, могут попасть в беду.

Не погружайтесь на глубину, пока не будете знать физиологии подводного плавания и правил дыхания при повышенном давлении. Хорошо изучите, как действует ваш воздушный аппарат и вызубрите наизусть водолазные таблицы, чтобы знать, сколько времени можно оставаться на той или иной глубине.

Прежде чем погружаться, непременно изучите руководство. Внимательно прочтите все, что в нем сказано о трех главных опасностях. Первая – газовая эмболия, вторая – глубинное опьянение, третья – пресловутая кессонная болезнь. Все опасности легко избежать, если знать водолазные таблицы.

Золотое правило: «Никогда не погружайтесь в одиночку!» Под водой каждый внимательно следит за товарищами, не уходит из поля зрения и всегда готов придти на помощь другу. Наибольшая радость и наибольшая отдача – удел тех, кто заранее изучил правила поведения под водой и тренируется в составе группы».

В наши дни акваланг и другое снаряжение для подводного плавания доступны всем, были бы деньги. Эта доступность порождает иллюзии безопасности подводного плавания без достаточных знаний и тренировок и зачастую приводит к печальным результатам.

Часто можно наблюдать как снаряженный аквалангист идет под воду в одиночку, плавает неизвестно где, вызывая беспокойство у своих товарищей на берегу. Они могут ориентироваться только по времени. Это недопустимо! Нырять нужно в составе пары, а если в одиночку, то с буйком и в сопровождении плавсредства. Особенно это важно в начале занятий подводным плаванием.

Все водолазные происшествия случаются от незнания, нарушения правил и большого самомнения («Я все знаю!»).

Автор несколько лет был инструктором и преподавателем легководолазного дела и водолазной физиологии во Владивостокском морском клубе ДОСААФ и мореходной школе Морфлота. Считаю в обязательном порядке проводить легководолазную подготовку рядового и командного состава флота. Все моряки должны уметь грамотно использовать акваланг.

При работе на плавбазах Крабофлота неоднократно приходилось погружаться под воду для освобождения винтов сейнеров от сетей. На мое предложение снабдить плавбазы и сейнеры аквалангами мне ответили, что мое предложение – не рационализаторское. Плавбазы были оснащены водолазным снаряжением СВВ-55 (снаряжение с выходом в воду), для обслуживания которого необходимо было привлекать несколько человек обеспечивающих специалистов, а с аквалангом такие задачи решались значительно проще. В настоящее время учебников и руководств по подводному плаванию в продаже нет. К сожалению, их нет и в библиотеках.

Не претендуя на изложение полного курса обучения подводному плаванию, предложим читателю сведения о физических и физиологических основах подводного плавания в аппаратах на сжатом воздухе, как это требуется для подготовки аквалангистов в специальных руководствах.

Физические условия подводного плавания

Организм человека приспособлен к существованию в воздушной среде. В воде – среде, не поддающейся сжатию, намного более плотной, чем воздух, – человеческий организм ведет себя совершенно иначе, чем на суше. Поэтому желание людей проникнуть в глубину моря связано с преодолением многих трудностей физического и физиологического характера.

Давление. В обычных условиях человек испытывает давление в одну атмосферу, т.е. 1 килограмм на каждый квадратный сантиметр кожного покрова. В целом это составляет нагрузку примерно в 16 тонн!

Но давление воздуха внутри организма уравновешивает давление извне. Вода, однако, значительно тяжелее, чем воздух. Погружаясь в нее, человек испытывает повышение давления, величина которого определяется весом столба воды над ним. Чем глубже погружение, тем больше величина давления. Так, при погружении в воду на глубину 10 метров давление на тело снаружи увеличивается приблизительно в два раза по сравнению с атмосферным. На глубине 20 метров оно утраивается, и так далее.

При этом баланс между внешним давлением на тело и внутренним давлением в организме все больше и больше нарушается, что влечет за собой различные негативные последствия. Например, на глубине 20 метров у человека могут лопнуть барабанные перепонки в ушах. Усиливается также сжатие грудной клетки. Вот почему погружение на глубину свыше 40 метров невозможно без специального костюма и шлема. Кроме того, подводным пловцам следует помнить, что наибольший относительный прирост давления (100%) приходится на первые 10 метров погружения. В этой критической зоне наблюдаются значительные физиологические перегрузки, наиболее опасные для начинающих пловцов-подводников.

Удельный вес и плотность. Удельный вес воды зависит от температуры и плотности. В свою очередь, плотность, хотя и незначительно, изменяется под действием температуры. Так, при 20 градусах плотность воды на 0,2% меньше, чем при 4 градусах. Дистиллированная вода, свободная от всяких примесей, при температуре 4 градусов имеет удельный вес 1, т.е. 1 мл воды весит 1 г. Вода служит условной единицей, с которой сравниваются удельные веса всех жидкостей и твердых тел. Морская вода тяжелее речной на 2,5-3% из-за наличия в ней большого количества солей, а удельный вес ее в среднем равен 1,025.

Удельный вес тела имеет значение при определении его плавучести.

Плавучесть тела. При погружении в воду на любое тело действуют две противоположно направленные силы – сила тяжести и сила плавучести. Сила тяжести – это собственный вес тела. Она направлена вертикально вниз. Точка приложения ее называется центром тяжести. Одновременно вода препятствует погружению тела, как бы выталкивая его на поверхность. Эту выталкивающую силу называют силой плавучести. Она направлена вертикально вверх. Точка приложения этой силы называется центром плавучести. По закону Архимеда, тело, погруженное в жидкость, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненный им объем жидкости. Таким образом, все зависит от объема жидкости, который вытесняет тело во время погружения. Больший объем – большая сила плавучести и наоборот.

В том случае, когда вес тела больше веса вытесненной им воды, оно будет тонуть, так как обладает отрицательной плавучестью.

Величина отрицательной плавучести равна разности между собственным весом тела и весом объема жидкости, вытесненной им при погружении.

Если же вес объема вытесненной жидкости больше собственного веса тела, то последнее будет плавать, обладая положительной плавучестью, величина которой равна разности между весом объема вытесненной жидкости и весом тела.

Понятие о плавучести имеет большое значение для подводных пловцов. От умения уравновесить себя в воде зависит успех работы и даже безопасность пребывания под водой.

Вследствие большой плотности воды человек, погружаясь в нее, находится в условиях, близких к состоянию невесомости. При выдохе средний удельный вес человека находится в пределах 1,020-1,060 кг/м3 и наблюдается отрицательная плавучесть 1-2 кг, – разность между весом вытесненной телом воды и его весом. При вдохе средний удельный вес человека понижается до 0,970 кг/м3 и появляется незначительная положительная плавучесть.

При плавании в гидрозащитной одежде за счет воздуха в ее складках положительная плавучесть увеличивается, что затрудняет погружение в воду. Плавучесть можно отрегулировать с помощью грузов. Для плавания под водой обычно создают незначительную отрицательную плавучесть 0,5-1 кг. Большая отрицательная плавучесть требует постоянных активных движений для удержания на нужной глубине и обычно создается только при работах с опорой на грунт (объект).

Сопротивление воды оказывает заметное влияние на скорость плавания.

При плавании на поверхности со скоростью 0,8-1,7 м/с сопротивление движению тела возрастает соответственно с 2,5 до 11,5 кг. При плавании под водой сопротивление движению меньше, так как пловец-подводник занимает более горизонтальное положение и ему не надо периодически поднимать голову из воды, чтобы сделать вдох. Кроме того, под водой меньше тормозящая сила волн и завихрений, возникающих в результате движений пловца. Опыт в бассейне показывает, что один и тот же человек, проплывающий дистанцию 50 метров брассом за 37,1 сек, под водой проплывает то же расстояние за 32,2 сек.

Средняя скорость плавания под водой в гидроодежде с дыхательным аппаратом 0,3-0,5 м/с. На коротких дистанциях хорошо подготовленные пловцы могут развивать скорость 0,7-1 м/с, отлично подготовленные – до 1,5 м/с (5,4 км/час).

Видимость в воде зависит от количества и состава растворенных в ней веществ, взвешенных частиц, которые рассеивают световые лучи. В мутной воде даже при ясной солнечной погоде видимость почти отсутствует. Глубина проникновения света в толщу воды зависит от угла падения лучей и состояния водной поверхности. Косые солнечные лучи, падающие на поверхность воды, проникают на малую глубину, и большая часть их отражается от поверхности воды. Слабая рябь или волна резко ухудшают видимость в воде.

На глубине 10 м освещенность в 4 раза меньше, чем на поверхности. На глубине 20 м освещенность уменьшается в 8 раз, а на глубине 50 м- в несколько десятков раз. Лучи с различной длиной волны поглощаются неравномерно. Длинноволновая часть видимого спектра (красные лучи) почти полностью поглощается поверхностными слоями воды. Коротковолновая часть (фиолетовые лучи) в наиболее прозрачной океанской воде может проникать на глубину до 1000 м. Зеленые лучи не проникают глубже 100 м.

Зрение под водой имеет свои особенности. Вода обладает примерно такой же преломляющей способностью, как и оптическая система глаза. Если пловец погружается без маски, то лучи света проходят через воду и попадают в глаз, почти не преломляясь. Пои этом лучи сходятся не у сетчатой оболочки, а значительно дальше, за ней. В результате острота зрения ухудшается к 100-200 раз, а поле зрения уменьшается, изображение предметов получается неясным, расплывчатым, и человек становится как бы дальнозорким.

При погружении пловца-подводника в маске световой луч из воды проходит слой воздуха в маске, попадает в глаз и преломляется в его оптической системе как обычно. Но пловец-подводник при этом видит изображение предмета несколько ближе и выше его действительного местоположения. Сами же предметы кажутся под водой значительно больше, чем в действительности. Но опытные пловцы приспосабливаются к этим особенностям зрения и не испытывают затруднений.

Резко ухудшается в воде цветоощущение. Особенно плохо воспринимаются синий и зеленый цвета, которые близки к естественной окраске воды, лучше всего – белый и оранжевый.

Ориентирование под водой представляет определенные трудности. На поверхности человек ориентируется в окружающей среде с помощью зрения, а равновесие его тела поддерживается с помощью вестибулярного аппарата, мышечно-суставного чувства и ощущений, возникающих во внутренних органах и коже при изменении положения тела. Он все время испытывает действие силы тяжести (чувство опоры) и воспринимает малейшее изменение положения тела в пространстве.

При плавании под водой человек лишен привычной опоры. В этих условиях из органов чувств, ориентирующих человека в пространстве, остается надежда лишь на вестибулярный аппарат, на отолиты которого продолжают действовать силы земного тяготения. Особенно затруднено ориентирование под водой человека с нулевой плавучестью. Под водой пловец с закрытыми глазами допускает ошибки в определении положения тела в пространстве на угол 10-25 градусов.

Больше значение для ориентирования под водой имеет положение человека. Наиболее неблагоприятным считается положение на спине с запрокинутой назад головой. При попадании в слуховой проход холодной воды вследствие раздражения вестибулярного аппарата у пловца появляется головокружение, затрудняется определение направления и ошибка часто достигает 180 градусов.

Для ориентирования под водой пловец вынужден использовать внешние факторы, сигнализирующие о положении тела в пространстве: движение пузырьков выдыхаемого воздуха, буйки и т.п. Большое значение для ориентирования под водой имеет тренировка.

Слышимость в воде ухудшается, так как звуки под водой воспринимаются преимущественно путем костной проводимости, которая на 40%: ниже воздушной. Дальность слышимости при костной проводимости зависит от тональности звука: чем выше тон, тем лучше слышен звук. Это имеет практическое значение для связи пловцов между собой и с поверхностью.

Звук в воде распространяется в 4,5 раза быстрее, чем в атмосфере, поэтому под водой сигнал от источника звука, расположенного сбоку, поступает в оба уха почти одновременно, разница составляет менее 0;00001 секунды. Столь незначительная разница по времени поступления сигнала плохо дифференцируется, и четкого пространственного восприятия звука не происходит. Следовательно, установить направление на источник звука под водой человеку трудно.

Охлаждение организма в воде протекает гораздо интенсивнее; чем на воздухе. Теплопроводность воды в 25 раз, а теплоемкость в 4 раза больше, чем воздуха. Если на воздухе при 4 градусах человек может без особой опасности для своего здоровья находиться в течение 6 часов и при этом температура тела у него почти не понижается, то в воде при такой же температуре незакаленный человек без защитной одежды в большинстве случаев погибает от переохлаждения уже спустя 30-40 минут. Охлаждение организма усиливается с понижением температуры воды и при наличии течения.

В воздушной среде интенсивные теплопотери при температуре воздуха 15-20 градусов происходят в результате излучения (40-45%) и испарения (20-25%), а на долю теплоотдачи с помощью проведения приходится лишь 30-35%. В воде у человека без защитной одежды тепло в основном теряется в результате проведения. На воздухе теплопотери происходят с площади, составляющей около 75% поверхности тела, так как между соприкасающимися поверхностями ног, рук и соответствующими областями туловища существует теплообмен. В воде же теплопотери происходят со всей поверхности тела.

Воздух, непосредственно соприкасающийся с кожей, быстро нагревается и фактически имеет более высокую температуру, чем окружающий. Даже ветер не может полностью удалить с кожи этот слой теплого воздуха. В воде с ее большой удельной теплоемкостью и большой теплопроводностью слой, прилегающий к телу, не успевает нагреваться и легко вытесняется холодной водой. Поэтому температура поверхности тела в воде понижается интенсивнее, чем на воздухе. Кроме того, вследствие неравномерного гидростатического давления воды нижние области тела, которые испытывают большее давление, охлаждаются быстрее и имеют температуру кожи ниже, чем верхние, менее обжатые водой.

Тепловые ощущения организма на воздухе и в воде при одной и той же температуре различны. Вследствие интенсивного охлаждения и обжатия гидростатическим давлением кожная чувствительность в воде понижается, болевые ощущения притупляются, поэтому могут оставаться незамеченными небольшие порезы и даже раны.

При спусках под воду в гидрозащитной одежде температура кожи понижается неравномерно. Наибольшее падение температуры кожи отмечается в конечностях.

Кровообращение под водой в силу неравномерного гидростатического давления на различные участки тела имеет свои особенности. Например, при вертикальном положении человека среднего роста (170 см) в воде независимо от глубины погружения его стопы будут испытывать гидростатическое давление на 0,17 кг/см2 больше, чем голова. К верхним областям тела, где давление меньше, кровь приливает (полнокровие), от нижних областей тела, где давление больше, отливает (частичное обескровливание). Такое перераспределение тока крови увеличивает нагрузку на сердце, которому приходится преодолевать большее сопротивление движению крови по сосудам.

При горизонтальном положении тела в воде разность гидростатического давления на грудь и спину невелика – всего 0,02-0,03 кг/см2 и нагрузка на сердце возрастает незначительно.

Дыхание под водой возможно лишь при том условии, что внешнее давление воды равно внутреннему давлению воздуха в системе «легкие – дыхательный аппарат». Несоблюдение этого равенства затрудняет дыхание или делает его вообще невозможным. Так, дыхание через трубку на глубине 1 метр при разности между внешним и внутренним давлением 0,1 кг/см2 требует большого напряжения дыхательных мышц и долго продолжаться не может, а на глубине 2 метра дыхательные мышцы уже не в состоянии преодолеть давление воды на грудную клетку.

Если считать площадь грудной клетки 6000 квадратных см, то на глубине 2 м (гидростатическое давление 0,2 кг/см2) усилие со стороны воды на грудную клетку составит 0,2 х 6000 = 1200 кг!

Человек в покое на поверхности делает 12-24 вдохов-выдохов в минуту, и его легочная вентиляция (минутный объем дыхания) составляет 6-12 л/мин.

В нормальных условиях при каждом вдохе-выдохе в легких обменивается не более 1/6 всего находящегося в них воздуха. Остальной воздух остается в альвеолах легких и является той средой, где происходит газообмен с кровью. Альвеолярный воздух имеет постоянный состав и в отличие от атмосферного содержит 14% кислорода, 5,6% углекислого газа и 6,2% водяных паров. Даже незначительные изменения в его составе приводят к физиологическим сдвигам, которые являются компенсаторной защитой организма. При значительных изменениях компенсаторная зашита не будет справляться, в результате возникнут болезненные (патологические) состояния.

Не весь воздух, попадающий в организм, достигает легочных альвеол, где происходит газообмен между кровью и легкими. Часть воздуха заполняет дыхательные пути организма (трахею, бронхи) и не участвует в процессе газообмена. При выдохе этот воздух удаляется, не достигнув альвеол. При вдохе в альвеолы вначале поступает воздух, который остался в дыхательных путях после выдоха (обедненный кислородом, с повышенным содержанием углекислого газа и водяных паров), а затем свежий воздух.

Объем дыхательных путей организма, в которых воздух увлажняется и согревается, но не участвует в газообмене, составляет примерно 175 см кубических. При плавании с дыхательным аппаратом (дыхательной трубкой) общий объем дыхательных путей (организма и аппарата) увеличивается почти в два раза. При этом вентиляция альвеол ухудшается и снижается работоспособность.

Интенсивные мышечные движения под водой требуют большого расхода кислорода, что приводит к усилению легочной вентиляции, в результате увеличивается скорость потока воздуха в дыхательных путях организма и аппарата (дыхательной трубки). При этом пропорционально квадрату скорости потока воздуха возрастает сопротивление дыханию. С увеличением плотности сжатого воздуха соответственно глубине погружения сопротивление дыханию также возрастает.

А это оказывает существенное влияние на длительность и скорость плавания под водой. Если сопротивление дыханию достигает 60-65 мм рт. ст., то дышать становится трудно и дыхательные мышцы быстро утомляются. Растягивая по времени фазу вдоха и выдоха, можно уменьшить скорость потока воздуха в дыхательных путях, что приводит к некоторому снижению легочной вентиляции, но в то же время заметно уменьшает сопротивление дыханию.

Окончание в следующем номере

Евгений Булах