Физические особенности водной среды

Физические особенности водной среды

Ныряльщик, впервые погружаясь под воду, попадает во враждебную для себя среду. Совершенно не агрессивную, но враждебную. Это потом, спустя время, вода станет другом, но другом строгим и не прощающим ошибок. А все ошибки происходят от незнания и пренебрежения элементарными правилами.

Дышим - то мы воздухом, и без него не обойтись. А в воду мы погружаемся и в ней живем…

Воздух - газ и подчиняется газовым законам, а газы могут и растворяться, и смешиваться, они имеют плотность и вес, им свойственна теплоемкость и теплопроводность.

Воздух - смесь газов, и необходимый для нашего дыхания кислород составляет в нем всего лишь около 21 %, но стоит содержанию кислорода уменьшиться до 18 % - наступает кислородное голодание, потеря сознания, а иногда и гибель.

Углекислый газ (0,03 %) — это продукт жизнедеятельности организма, который удаляется из него с каждым выдохом, а при повышении его содержания до 3 % начинает проявляться его отравляющее действие.

Инертные газы - чуть больше 1 %. Основной их объем (78 %) занимает азот - нейтральный газ, не принимающий участия в обмене веществ. Казалось бы, им можно было бы и пренебречь, но при повышенном давлении он великолепно растворяется в крови и тканях организма. Насыщение организма азотом зависит от глубины и времени пребывания человека на глубине. Именно азот, во время всплытия выделяющийся в виде пузырьков, является основным стимулятором возникновения декомпрессионной, или кессонной, болезни.

Газы и, конечно же, воздух обладают плотностью и массой. Так как молекулы разных газов имеют разную массу, то и плотность их при одинаковом давлении пропорциональна молекулярной массе газа. Об этом гласит закон Дальтона (закон парциальных давлений): общее давление смеси газов равно сумме давлений каждого газа в смеси, а давление каждого газа пропорционально процентному содержанию этого газа в составе смеси. Его называют парциальным (частичным) и определяют по формуле:

Так же рассчитываются и парциальные давления других газов и при разных давлениях.

С законом Дальтона связан и закон Генри: количество газа, растворенного в жидкости, прямо пропорционально его парциальному давлению.

Еще один газовый закон, принципиально важный для ныряльщиков, — закон Бойля - Мариотта: для данной массы газа произведение его объема на давление при постоянной температуре есть величина постоянная. Следовательно, при увеличении давления объем газа уменьшается. А это значит, что объем газа в легких ныряльщика по мере погружения на глубину будет постоянно уменьшаться.

АЗОТ(N₂) — газ, не участвующий в обмене веществ, но с ростом глубины погружения он начинает растворяться в крови, насыщая ее (явление сатурации), и во время быстрого подъема к поверхности в процессе десатурации (рассыщения) возможно возникновение водолазного заболевания - декомпрессионной болезни. Долгое время считалось, что декомпрессионные расстройства возможны только у водолазов и аквалангистов, погружающихся под воду с аппаратами, работающими на газах под давлением, но оказалось, что они могут произойти и у фридайверов. Особенно у подводных охотников, совершающих частые погружения на предельные глубины.

УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ(CO₂). С момента задержки дыхания организм человека начинает активно вырабатывать и накапливать углекислый газ, и по мере погружения парциальное давление CO₂ (его процентное содержание) в легких начинает стремительно расти. Во время всплытия начинается обратная диффузия CO₂ в ткани, что является одной из предпосылок возникновения SWB (shallow water black - out). Углекислый газ также накапливается в тканях после каждого погружения, и грамотный ныряльщик должен давать себе время для полноценного отдыха на поверхности и восстановления газового баланса.

КИСЛОРОД(О₂). Именно благодаря кислороду происходят все обменные процессы в организме, окисление веществ, выделение энергии. Кислород попадает в организм с воздухом и через легкие поступает в кровь. По мере погружения парциальное давление кислорода растет, и тем самым повышается его содержание в плазме крови и тканях. Наблюдается эффект отсрочки, когда не возникает желания дышать даже при малом количестве кислорода в легких. Наиболее ярко эти процессы отслеживаются на глубине 8–12 метров, где кажется, что можно находиться здесь сколько угодно.

Во время всплытия, с падением гидростатического давления, объем легких начинает увеличиваться и концентрация кислорода падает, порой до критических значений. Теперь кислород для восстановления газового баланса начинает поступать из тканей в легкие, и создается так называемый «вакуумный эффект». Процесс прямо противоположный дыханию, и это стимулирует развитие SWB при возвращении с глубины на поверхность.

ВОДА, Ее Величество Вода! Сухим языком науки - жидкость, устойчивое химическое соединение кислорода и водорода. Чистая вода, H₂O, в природе почти не встречается. В пресной природной воде растворено большое количество солей, а уж в морской и океанической - до 35 граммов на литр! Вода - среда плотная, гораздо плотнее воздуха (приблизительно в 775 раз), а морская и того плотнее (на 2–3 %). Теплопроводность воды гораздо больше теплопроводности воздуха (в 25 раз), и поэтому тело, погруженное в воду, интенсивно охлаждается даже в теплой воде. При погружении в воду происходит снижение болевой чувствительности, а значит, мелкие ранения, полученные в воде, могут остаться незамеченными.

Звук распространяется в воде со скоростью 1400–1500 м/сек, то есть в четыре раза быстрее, чем в воздухе, а вот поглощается в сотни раз слабее. Ориентироваться в воде по звуку почти невозможно! Слуховые анализаторы воспринимают звук в воде почти одновременно, и, в дополнение к этому, звук проводится также костной тканью. Слышимость при этом ухудшается и напрямую зависит от тональности звука.

Распространение света в воде также сильно отличается от распространения света на суше. В первую очередь, свет отражается от поверхности воды, поглощается, рассеивается и отражается молекулами воды и растворенных в ней веществ. Свет, пройдя сквозь 1 метр дистиллированной воды, теряет 10 % энергии, водопроводной - 26 %, а в морской воде солнечные лучи теряют 36 % энергии уже на первом метре пути. Длинноволновые красные лучи поглощаются поверхностными слоями воды и проникают на глубину не более чем на 10–15 метров, зеленые - не более чем на 100 метров, а вот коротковолновые фиолетовые проникают и до 150 метров, но все это в кристально прозрачной воде океана.

На практике реальные цвета пропадают уже после глубины в 3–5 метров. Так, на глубине 8–10 метров кровь видится почти черной по цвету, а на глубине 20–30 метров все предметы, независимо от цвета, приобретают сине - зеленый оттенок. Контрастно видны только желтый, белый и черный цвета. Коэффициент преломления световых лучей в воде практически равен коэффициенту преломления роговицы глаза, поэтому, чтобы хорошо видеть в воде, необходима воздушная прослойка между глазом и водой. Но наличие воздушной прослойки и стеклянного иллюминатора маски создает искажение восприятия на стыке вода - стекло и стекло - воздух (под маской): предметы кажутся ближе и больше, чем они есть на самом деле.

При погружении в воду на человека начинает действовать избыточное давление, и каждые 10 метров оно возрастает на одну атмосферу (1 bar). Известно, что тело человека состоит на 70 % из воды. При погружении под воду на него действует гидростатическое давление, и первыми на это давление реагируют газоносные полости (гайморовы и лобные пазухи, легкие, полости среднего уха и желудочно - кишечный тракт - ЖКТ). Все эти полости сообщаются с атмосферой через узкие проходы: так ухо сообщается с носоглоткой через евстахиевы трубы. При хорошей проходимости воздуха через евстахиевы трубы ныряльщик может свободно выравнивать давление в полости внутреннего уха с давлением окружающей среды. Звуковые сигналы воспринимаются человеком в результате воздушной и костной проводимости, но в воздушной среде костная проводимость практически не востребована из - за большого сопротивления передаче звука. При погружении под воду звук воспринимается в основном именно за счет костной проводимости. Большая скорость распространения звука в воде сказывается на звуковой ориентации. Разница во времени поступления звукового сигнала в правое и левое ухо настолько мала, что не воспринимается человеком, и он практически не может определить направление на источник звука.

Вестибулярный аппарат - один из мощных приборов, помогающих человеку ориентироваться в пространстве. Мозг собирает информацию еще и с помощью органов зрения, мышечно - суставных ощущений, соприкасаясь с различными предметами, ориентируясь на большое количество субъективной информации.

В воде человек почти ничего не весит, меняется скорость и резкость его движений. Нет привычной опоры на дно, а в голубой воде или ночью не сориентироваться и по освещенности.

И часто ориентироваться приходится только за счет вестибулярного аппарата, который улавливает, в силу своего устройства, линейные и угловые ускорения. Поступившая в мозг информация говорит об изменении направления. Но эти ощущения не всегда соответствуют действительности, и если человеку завязать глаза, то он, двигаясь, всегда постепенно будет сворачивать в сторону. Кроме того, ноги у людей зачастую развиты неравномерно: одна нога постоянно «перегребает» другую.

И даже неравномерный нагрев головы может вызвать вестибулярные расстройства. Подводник может полностью потерять ориентировку в воде, если, например, в ухо попадет холодная вода.

А ЧТО ПОМОГАЕТ?

Помогают врожденные и приобретенные возможности адаптации, генетически заложенные рефлексы и механизмы. Изначально все живое на Земле начинало свое развитие в качестве водных организмов, и нам нужно просто постараться вспомнить и научиться пользоваться заложенными в нас рефлексами.

Нырятельный рефлекс присущ большинству млекопитающих. Он проявляется в том, что при погружении лица под воду человек автоматически задерживает дыхание. Мы наблюдаем это явление каждое утро, когда, умываясь, задерживаем дыхание, едва смочив лицо водой.

В качестве продолжения возникает ответная реакция организма, который вызывает снижение ритма сердечных сокращений и замедление потребления кислорода. Тренированные фридайверы в состоянии замедлять свой пульс на 40–60 % и тем самым увеличивать задержку дыхания. Замедление сердечного ритма носит название брадикардии.

При погружении на глубину мозг человека, сердце и печень требуют постоянной подпитки кислородом. С ростом давления обогащенная кислородом кровь оттекает с периферии, концентрируясь у наиболее важных органов. Это явление было отмечено у китов и дельфинов, и только со временем опыты, проведенные над Жаком Майолем и позднее над другими фридайверами, подтвердили, что то же самое происходит и с человеком. Кровь на глубине оттекает от конечностей и концентрируется в области грудной клетки и мозга. Это явление носит название кровяного сдвига. Кроме этого, кровеносные сосуды периферии сужаются, а основные сосуды легких, сердца и мозга расширяются. Доставка кислорода становится более эффективной.

Гипотетически в процессе погружения легкие человека должны схлопываться уже на глубине 50–60 метров, где их объем сокращается до литра и менее. Но этого не происходит за счет того, что уменьшение объема компенсируется поступающей в легкие плазмой, которая не дает разрушиться грудной клетке и схлопнуться легким.

У тренированных ныряльщиков с ростом опыта и спортивной формы во время тренировок происходит повышение уровня содержания гемоглобина в крови. Это происходит не сразу, а в процессе нескольких последовательных нырков. Организм как бы раскачивается и запускается.

Увеличение содержания красных кровяных телец в крови позволяет увеличить возможности организма и более эффективно использовать запасенный кислород.

Наиболее эффективным для задержки дыхания является неторопливое и спокойное дыхание в ритме 1:2, где выдох в два раза длиннее вдоха. Такое дыхание не только ментально настраивает человека на длительную его задержку, но и создает повышенное давление в грудной клетке, замедляя сердечный ритм и подготавливая к нырку.