На грани возможного: Наука выживания

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.