Акваланг и подводное плавание

Для безопасной подводной деятельности подводнику требуется постоянно поддерживать баланс между внешним и внутренним давлением. Его нарушение моментально регистрируется органами чувств, проявляясь в болевых ощущениях. Чтобы не допустить последних и не привести собственный организм к катастрофе, надо знать и понимать законы внутреннего давления, определяемые поведением газов и жидкостей в человеческом организме. Газовые законы Генри, Шарля, Дальтона, Бойля-Мариотта и Гей-Люссака описывают процессы, определяющие многие аспекты подводного плавания с аквалангом.

1. Первый газовый закон (сумма законов Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля): давление газа обратно пропорционально его объему и прямо пропорционально температуре.

Для подводника наиболее важные следствия данного закона таковы:

1. При спуске с увеличением гидростатического давления объем воздуха в полостях организма и подмасочном пространстве уменьшается. Поэтому приходится компенсировать его, добавляя в эти полости некоторое количество воздуха (см. главы 3.1 и 3.3).

2. При подъеме на поверхность внешнее давление падает, и объем воздуха в полостях организма и в маске растет. Поэтому избыток воздуха нужно своевременно удалять. Так, задержка выдоха при всплытии приводит к разрыву легких.

3. При слишком быстром подъеме микропузырьки газа в крови разрастаются в большие пузыри и блокируют кровообращение, вызывая декомпрессионную болезнь (см. главу 3.4).

4. Если оставить заполненный под избыточным давлением акваланг на жарком солнце, раскалившийся баллон может взорваться из-за повышения давления сжатого воздуха.

2. Давление смеси газов равно сумме парциальных давлений отдельных газов, ее составляющих (закон Дальтона).

Таким образом, парциальное давление каждого газа пропорционально процентной доле газа в смеси и величине абсолютного давления последней, т. е. где n — процентная доля газа в смеси. Это положение необходимо для определения воздействия воздуха или другой газовой смеси на организм человека, поскольку в любом процессе участвуют конкретные газы, эту смесь составляющие.

3. Количество газа, растворенного в жидкости (например, в крови или морской воде), прямо пропорционально его парциальному давлению на поверхность жидкости (закон Генри).

При увеличении внешнего давления создается градиент диффузии газа в жидкость, и он поступает в нее до тех пор, пока его парциальное давление в жидкости не сравняется с внешним. Это состояние называется насыщением. При понижении внешнего давления создается перенасыщение газа в жидкости, и тот начинает выходить наружу. Иными словами, степень насыщения газом жидкости прямо зависит от окружающего давления.

Положения 2 и 3 позволяют правильно оценить воздействие каждого газа на организм: ведь под повышенным давлением они сильнее насыщают кровь и ткани человека. При достижении определенного парциального давления газ может вызвать весьма отрицательную и даже смертельную реакцию. Например, на поверхности моря в тканях человека растворено примерно 1 л азота. При погружении подводник потребляет воздух под давлением, что ведет к росту парциального давления азота. На глубинах свыше 50 м оно достигает пороговой величины, вызывая наркотическое опьянение, а при всплытии — уменьшается, и азот выходит из кровеносной системы через легкие. Рассуждая о газовых законах, мы имеем ввиду не абстрактные, а вполне реальные газы, составляющие атмосферный воздух: кислород (20,94%), азот (78,09%), углекислый газ (0,04%), инертные газы (менее 1%).

Кислород принимает непосредственное участие в окислительных процессах организма. Потребление газообразного кислорода и выделение углекислого газа и есть собственно функция дыхания. При уменьшении его доли в воздухе до 18% (т.е. до парциального давления 0,18 атм) наступает кислородное голодание с потерей сознания и даже летальным исходом. При парциальном давлении свыше 2,8 атм кислород вызывает кислородное отравление, что ничуть не лучше. Но можете не волноваться, ведь такое давление кислорода возникает на глубине... впрочем, рассчитайте сами, это нетрудно.