Фрэнсис Эшкрофт - На грани возможного: Наука выживания
Кроме морского слона существуют и другие загадочные создания. Например, утконосы, которые тоже любят подводный отдых и могут довольно долго лежать на дне ручья, устроившись между корнями какого-нибудь дерева. Зеленая черепаха Chelonia mydas зимует на дне Калифорнийского залива, где проводит в спячке несколько месяцев, зарывшись в ил и морскую траву. И хотя скорость метаболизма во время спячки существенно снижается, все равно неизвестно, как черепаха запасает необходимое количество кислорода. К сожалению, выяснить это будет затруднительно, поскольку места спячки черепах, известные прежде лишь местным индейцам сери и тщательно оберегавшиеся, были открыты мексиканскими рыбаками с современными рыболовными снастями, и поголовье черепах резко сократилось.
Плавание с аквалангом
В середине прошлого века в подводном плавании произошла революция – появился акваланг, автономный аппарат для дыхания под водой. Главный шаг был сделан в 1943 г., когда двое французов, Жак Кусто и Эмиль Ганьян, разработали клапан для подачи воздуха по требованию. Как следует из названия, клапан по мере надобности подает ныряльщику воздух, находящийся под тем же давлением, что и окружающая вода. Остальное снаряжение состоит из одного или более баллонов сжатого воздуха, крепящихся на спину, маски и ласт. Заметим, что такое полезнейшее для пловца изобретение, как ласты, появилось, как ни странно, лишь в 1935 г., и то сперва в достаточно грубой форме деревянно-металлических лопаток.
Поначалу акваланг применяли для обнаружения и обезвреживания вражеских мин после Второй мировой войны, но уже в 1960-х он был представлен широкой публике в серии замечательных документальных фильмов, снятых Кусто и супругами Лотте и Гансом Хасс. В кадрах с коралловыми рифами, дельфинами, акулами и прочими необычными морскими созданиями открывалась многообразная и сложная жизнь океанских глубин. Зрители завороженно наблюдали за этим фантастическим миром, где человек свободно парил между стаями разноцветных рыбок, где морские звери не кидались прочь в испуге, где морское дно было усеяно сокровищами – только руку протяни, и где мало кому довелось побывать прежде. Публика загорелась желанием увидеть эти чудеса своими глазами, и производство аквалангов начало стремительно набирать обороты. Число дайверов-любителей неуклонно росло. Однако, как мы уже успели убедиться, в подводном мире, при всем его великолепии, есть свои опасности, поэтому будущим аквалангистам настоятельно рекомендуется, прежде чем опускаться под воду, пройти хороший курс обучения.
Нижняя безопасная граница для погружений на сжатом воздухе (будь то с аквалангом или с закачиванием воздуха с поверхности) составляет около 30 м. Определяют ее содержащиеся в дыхательной смеси газы, поскольку под давлением и азот, и кислород становятся токсичными.
Экстаз глубины
Под давлением в несколько атмосфер азот вызывает интоксикацию организма, которую Жак Кусто назвал «экстазом глубины». Симптомы проявляются не сразу и напоминают алкогольное опьянение – эйфория, повышенное возбуждение, отрыв от реальности, потеря координации, иррациональное поведение. Чувство эйфории иллюзорно и опасно, поскольку по мере погружения ныряльщик будет проникаться все большей ложной уверенностью в собственных силах, одновременно теряя дееспособность. В легкой форме азотная интоксикация (так называемый азотный наркоз) возникает на глубине 50 м. На большей глубине симптомы усиливаются, пока в итоге, на глубине около 90 м, не наступает потеря сознания. При частых погружениях организм постепенно привыкает к воздействию азота (происходит адаптация), и ныряльщик может практически беспрепятственно погружаться на 50-метровую глубину. И тем не менее именно азотный наркоз стал причиной гибели многих ныряльщиков, отважившихся погрузиться глубже, и именно из-за него рекомендуемая глубина погружений на сжатом воздухе – 30 м.
В 1941 г. исследователь Дж. Холдейн – сын Дж. С. Холдейна – изучал воздействие азотного наркоза в условиях компрессионной камеры. Испытуемые (среди которых были он сам и его будущая жена) проходили арифметический тест и тест на моторику (перекладывание пинцетом подшипников из одной банки в другую). При дыхании воздухом, сжатым до 10 атмосфер (соответствует глубине в 90 м), у всех наступала заторможенность. Один из испытуемых, при обычном атмосферном давлении уважаемый и ответственный ученый, решил сжульничать в испытании на моторику, а другой впадал попеременно то в депрессию, то в эйфорию, то требуя немедленно его декомпрессировать, потому что ему «хреново», то с хохотом пытаясь «помочь» коллеге в тесте на моторику. Правильно решить примеры не удалось никому – как лаконично отметил Холдейн, «результаты получились менее утешительными, чем хотелось бы». Дополнительная трудность состояла в том, что человек, проводивший тесты, также подвергался воздействию азотного наркоза и часто забывал вести заметки или останавливать секундомер. Но исследование наглядно продемонстрировало, что под азотным наркозом ныряльщик не вполне отвечает за свои действия и может подвергнуть риску свою и чужую жизнь. Так, например, известны случаи, когда находящиеся под наркозом ныряльщики предлагали свой загубник проплывающей мимо рыбе.
Избавление от азотного наркоза происходит почти сразу же после всплытия. В экспериментах Холдейна симптомы исчезали мгновенно при уменьшении давления с 10 до 5 атмосфер. Типичной реакцией испытуемых было: «Боже мой, ну я и накуролесил».
Чем же объясняется наркотическое действие азота под давлением? На этот вопрос пока однозначного ответа нет. Судя по схожести симптомов, механизм воздействия должен быть близок к действию алкоголя, но толку от этого мало, поскольку про механизм воздействия алкоголя мы тоже почти ничего не знаем. Согласно последним исследованиям, алкоголь взаимодействует с определенным классом белков в клеточных мембранах, известных как ионные каналы, которые регулируют возбудимость нервных клеток. Возможно, именно так действует и азот.
Хорошенького понемножку
Кислород – токсичное вещество, и под давлением токсичность его только возрастает{15}. Большинство людей может спокойно дышать чистым кислородом под давлением в одну атмосферу до 12 часов, без всяких пагубных последствий, но уже через сутки начинается раздражение легких, вызванное прогрессирующим разрушением клеток, выстилающих стенки альвеол. Первым признаком недомогания становится кашель, но в особо серьезных случаях может последовать нарушение дыхания, скопление жидкости в легких и даже капиллярное кровотечение, в результате которого легкие наполняются кровью. При давлении в две атмосферы воздействие распространяется и на нервную систему, поэтому человек испытывает головокружение и тошноту, случается также паралич конечностей. Через несколько часов (а при физической усталости и раньше) начинаются конвульсии, сходные с эпилептическим припадком. Иногда они бывают настолько сильными, что приводят к переломам костей. Чем выше давление, тем быстрее возникают припадки. А поскольку любая конвульсия под водой грозит смертельным исходом, допускать их нельзя, поэтому на тему конвульсий также проводились обширные эксперименты тем же Дж. Холдейном во время Второй мировой. Вот что он отмечает: «Конвульсии чрезвычайно сильны. Вызванное ими в моем собственном случае повреждение спины даже спустя год отзывается болями. Конвульсии продолжаются около двух минут, затем наступает бессилие и вялость. Я пробуждаюсь в состоянии крайнего ужаса, побуждающего к бесплодным попыткам выбраться из стальной камеры».
Холдейн с коллегами установили, что под давлением в семь атмосфер дышать чистым кислородом можно не более пяти минут, после чего начинаются судороги. К собственному восторгу, Холдейн обнаружил также, что под таким давлением кислород перестает быть газом без вкуса и запаха, каковым является при атмосферном давлении. Он обретает довольно специфический вкус – кисло-сладкий, «как выдохшееся имбирное пиво» или «разбавленные чернила с щепоткой сахара». Он любил приводить это наблюдение, доказывая, что не стоит слепо верить учебникам – ведь там кислород неизменно фигурирует как газ без вкуса.
Во время Второй мировой войны британский флот использовал (и до сих пор использует) аппараты с замкнутым циклом дыхания, заполненные чистым кислородом. Состоят они из дыхательного мешка (так называемого противолегкого), надевающегося на грудь, и кислородного баллона. Противолегкое – это большой гибкий резиновый мешок, который при дыхании расширяется и сжимается. Между ртом ныряльщика и противолегким располагается сепаратор углекислого газа (заполненный натровой известью – смесью едкого натра и окиси кальция), удаляющий выдыхаемый ныряльщиком углекислый газ. В противолегкое подается кислород на замену потребленному ныряльщиком. Поскольку схема замкнутая, газ не выделяется в воду и не образует воздушных пузырьков. Это очень важно в тех случаях, когда ныряльщик не должен выдавать своего присутствия, а также в операциях по обезвреживанию мин вручную, поскольку от пузырьков мина может сдетонировать. Кроме того, при такой схеме воздушный баллон делается в пять раз меньше стандартного аквалангистского (поскольку воздух содержит лишь 20 % кислорода), а значит ныряльщик получает большую маневренность{16} или, при обычном размере баллона, больший запас воздуха. По результатам экспериментов Холдейна предельной глубиной для погружений на чистом кислороде были определены восемь метров (1,8 бар). Но даже в этом случае продержаться можно всего лишь несколько часов. Степень подверженности кислородной интоксикации у разных людей разная, поэтому британский флот проводит для новобранцев-ныряльщиков специальную проверку: дают подышать чистым кислородом под давлением в две атмосферы и смотрят, не начнется ли приступ. Не прошедших испытание переводят на другую специальность.
