Из истории завоевания морских глубин. Как изучают океан Это причина больше половины всех смертей в океане

Исследования океана.

21. Из истории завоевания морских глубин.

© Владимир Каланов,
"Знания-сила".

Изучать Мировой океан без погружения в его глубины невозможно. Изучение поверхности океанов, их размеров и конфигурации, поверхностных течений, островов и проливов происходило в течение многих веков и всегда было делом исключительно трудным и опасным. Не меньшие трудности представляет изучение океанских глубин, а некоторые трудности остаются до сих пор непреодолимыми.

Человек, впервые погрузившись под воду в далёкие времена, конечно, не преследовал цели изучения морских глубин. Наверняка его задачи были тогда чисто практическими, или как теперь говорят, прагматическими, например: достать со дна моря губку или моллюска для употребления в пищу.

А когда в раковинах попадались красивые шарики жемчуга, ныряльщик приносил их в свою хижину и отдавал жене как украшение, или брал себе для этой же цели. Погружаться в воду, становиться ныряльщиками могли только люди, жившие на берегах тёплых морей. Они не рисковали простудиться или получить спазмы мышц под водой.

Древний ныряльщик, взяв в руки нож и сеточку для сбора добычи, зажимал между ногами камень и бросался в пучину. Такое предположение совсем легко составить, потому что ловцы жемчуга в Красном и Аравийском морях, или профессиональные ныряльщики из индийского племени парава до сих пор поступают именно так. Они не знают ни акваланга, ни маски. Вся их экипировка осталась точно такой, какой была и сотню, и тысячу лет назад.

Но ныряльщик – это не водолаз. Ныряльщик пользуется под водой только тем, что ему дала природа, а водолаз использует специальные устройства и оборудование для того, чтобы глубже погрузиться в воду и дольше там пробыть. Ныряльщик, даже хорошо тренированный, не может оставаться под водой более полутора минут. Максимальная глубина, на которую он может нырнуть, не превышает 25-30 метров. Только отдельные рекордсмены способны задержать дыхание на 3-4 минуты и нырнуть несколько глубже.

Если использовать такое простое приспособление, как дыхательная трубка, то можно находиться под водой достаточно долго. Но какой в этом смысл, если глубина погружения при этом не может быть больше одного метра? Дело в том, что на большей глубине вдох через трубку сделать трудно: нужна большая сила мускулов грудной клетки, чтобы преодолеть давление оды, действующее на тело человека, в то время как лёгкие находятся под нормальным атмосферным давлением.

Уже в древности предпринимались попытки использовать примитивные приспособления для дыхания на небольшой глубине. Например, с помощью грузов на дно опускали перевёрнутый вверх дном какой-нибудь сосуд типа колокола, и ныряльщик мог пользоваться запасом воздуха в этом сосуде. Но дышать в таком колоколе можно было лишь считанные минуты, так как воздух быстро насыщался выдыхаемым углекислым газом и становился непригодным для дыхания.

По мере освоения человеком океана вставали проблемы с изобретением и изготовлением необходимых водолазных приспособлений не только для дыхания, но и для зрения в воде. Человек с нормальным зрением, открыв глаза в воде, окружающие предметы видит очень слабо, как в тумане. Объясняется это тем, что коэффициент преломления воды почти равен коэффициенту преломления самого глаза. Поэтому хрусталик не может сфокусировать изображение на сетчатку, и фокус изображения оказывается далеко за сетчаткой. Получается, что человек в воде становится как бы чрезвычайно дальнозорким – до плюс 20 диоптрий и больше. Кроме того, непосредственный контакт с морской, да и с пресной водой вызывает раздражение глаз и болезненные ощущения.

Ещё до изобретения подводных очков и маски со стеклом ныряльщики прошлых веков укрепляли перед глазами пластинки, герметизируя их куском материи, пропитанным смолой. Пластинки изготовлялись из тончайших полированных срезов рога и обладали определённой прозрачностью. Без подобных приспособлений нельзя было выполнять многие работы при строительстве портов, углублении гаваней, при отыскании и подъёме затонувших судов, грузов и так далее.

В России в эпоху Петра I, когда страна вышла к морскому побережью, водолазное дело приобрело практическое значение.

Русь всегда славилась умельцами из народа, обобщённый портрет которых создал писатель Ершов в образе Левши, подковавшего английскую блоху. Один из таких умельцев вошёл в историю техники при Петре I. Это был Ефим Никонов, крестьянин из подмосковного села Покровское, который в 1719 году смастерил деревянную подводную лодку («потаённое судно»), а также предложил конструкцию кожаного водолазного костюма с бочонком для воздуха, который надевался на голову и имел окошки для глаз. Но довести конструкцию водолазного костюма до нужного рабочего состояния он не смог, так как его «потаённое судно» не выдержало испытания и потонуло в озере, вследствие чего Е.Никонову было отказано в средствах. Изобретатель, конечно, не мог знать, что в его водолазном костюме с бочонком воздуха на голове человек в любом случае не смог бы продержаться больше 2-3 минут.

Проблема дыхания под водой с подачей водолазу свежего воздуха не поддавалась решению в течение нескольких веков. В средние века и даже позднее изобретатели не имели никакого понятия о физиологии дыхания и газообмене в лёгких. Вот один из примеров, граничащий с курьёзом. В 1774 году французский изобретатель Фреминс предложил для работы под водой конструкцию, состоявшую из шлема, соединённого медными трубками с небольшим резервуаром для воздуха. Изобретатель считал, что разница между вдыхаемым и выдыхаемым воздухом состоит только в неодинаковой температуре. Он надеялся, что выдыхаемый воздух, пройдя под водой через трубки, охладится и снова станет пригодным для дыхания. А когда при испытаниях этого устройства водолаз стал задыхаться через две минуты, изобретатель страшно удивился.

Когда стало ясно, что для работы человека под водой нужно непрерывно подавать свежий воздух, начали думать о способах его подачи. Сначала попытались использовать для этого мехи наподобие кузнечных. Но этим способом подать воздух на глубину более одного метра не удавалось – мехи не создавали необходимого давления.

Только в начале 19-го века был изобретён нагнетательный воздушный насос, обеспечивавший подачу водолазу воздуха на значительную глубину.

В течение целого столетия воздушный насос приводился в действие вручную, потом появились механические помпы.

Первые водолазные костюмы имели открытые снизу шлемы, в которые по шлангу накачивали воздух. Выдыхаемый воздух выходил через открытый край шлема. Водолаз в таком, с позволения сказать, костюме мог работать только в вертикальном положении, потому что даже лёгкий наклон подводника приводил к заполнению шлема водой. Изобретателями этих первых водолазных костюмов были независимо друг от друга англичанин А.Зибе (1819 году) и кронштадский механик Гаузен (в 1829 году). Вскоре стали изготовлять усовершенствованные водолазные костюмы, в которых шлем герметично соединялся с курткой, а выдыхаемый воздух стравливался из шлема специальным клапаном.

Но и усовершенствованный вариант водолазного костюма не обеспечивал водолазу полную свободу движения. Тяжёлый воздушный шланг мешал в работе и ограничивал дальность перемещения. Хотя этот шланг был жизненно необходим подводнику, всё же нередко он был и причиной его гибели. Случалось это тогда, когда шланг пережимался каким-либо тяжёлым предметом или повреждался с утечкой воздуха.

Со всей ясностью и необходимостью вставала задача разработки и изготовления такого водолазного снаряжения, в котором подводник не был бы зависим от подачи воздуха из внешнего источника и был бы полностью свободен в своих движениях.

Многие изобретатели брались за проектирование такого автономного снаряжения. Прошло более ста лет со времени изготовления первых водолазных костюмов и только в середине 20-го века появился аппарат, получивший известность под названием акваланг . Главной частью акваланга является дыхательный аппарат, который изобрёл знаменитый французский исследователь океанских глубин, в дальнейшем всемирно известный учёный Жак-Ив Кусто и его коллега Эмиль Ганьян. В самый разгар второй мировой войны, в 1943 году, Жак-Ив Кусто и его друзья Филипп Тайе и Фредерик Дюма впервые испытали новое приспособление для погружения в воду. Акваланг (от латинского aqua – вода и английского lung – лёгкое) представляет собой ранцевый аппарат, состоящий из баллонов со сжатым воздухом и дыхательного аппарата. Испытания показали, что аппарат работает чётко, водолаз легко, без усилий вдыхает чистый, свежий воздух из стального баллона. Погружение и всплытие аквалангиста происходит свободно, без ощущения каких-либо неудобств.

В процессе эксплуатации акваланг был конструктивно доработан, но в целом его устройство осталось без изменений. Однако никакие конструктивные изменения не дадут аквалангу возможность глубокого погружения. Без риска для жизни водолаз с аквалангом, как и водолаз в мягком водолазном костюме, получающий воздух по шлангу, не могут переступить стометровый барьер глубины. Главным препятствием здесь остаётся проблема дыхания.

Воздух, которым дышат все люди на поверхности Земли, при погружении водолаза на 40–60 метров вызывает у него отравление, похожее на алкогольное опьянение. Достигнув указанной глубины, подводник внезапно теряет контроль над своими поступками, что нередко заканчивается трагически. Установлено, что главная причина такого «глубинного опьянения» заключается в воздействии на нервную систему азота, находящегося под большим давлением. Азот в баллонах акваланга заменили инертным гелием, и «глубинное опьянение» перестало наступать, но появилась другая проблема. Организм человека очень чувствителен к процентному содержанию кислорода во вдыхаемой смеси. При нормальном атмосферном давлении в воздухе, которым дышит человек, должно быть около 21 процента кислорода. При таком содержании кислорода в воздухе человек прошёл весь длительный путь своей эволюции. Если при нормальном давлении содержание кислорода сократится до 16 процентов, то наступает кислородное голодание, что вызывает внезапную потерю сознания. Для человека, находящегося под водой, такая ситуация особенно опасна. Повышение содержания кислорода во вдыхаемой смеси может вызвать отравление, приводящее к отёку лёгких и их воспалению. С ростом давления опасность кислородного отравления возрастает. Согласно расчётам, на глубине 100 метров вдыхаемая смесь должна содержать всего 2-6 процентов кислорода, а на глубине 200 м – не более 1-3 процента. Таким образом, дыхательные автоматы должны обеспечивать изменение состава вдыхаемой смеси по мере погружения подводника в глубину. Медицинское обеспечение глубоководного погружения человека в мягком скафандре имеет первостепенное значение.

С одной стороны, кислородное отравление, а с другой – удушье от недостатка того же кислорода постоянно угрожают человеку, опускающемуся в глубину. Но этого мало. Все теперь знают о так называемой кессонной болезни . Напомним, что это такое. При высоком давлении в крови водолаза растворяются газы, входящие в состав дыхательной смеси. Основную часть воздуха, которым дышит водолаз, составляет азот. Его значение для дыхания состоит в том, что он разбавляет кислород. При быстром падении давления, когда водолаза поднимают на поверхность, избыток азота не успевает удалиться через лёгкие, а в крови образуются пузырьки азота, кровь как бы вскипает. Пузырьки азота закупоривают мелкие кровеносные сосуды, отчего наступает слабость, головокружение, иногда с потерей сознания. Это и есть проявления кессонной болезни (эмболии). Когда же пузырьки азота (или другого газа, составляющего дыхательную смесь) попадают в крупные сосуды сердца или мозга, то ток крови в этих органах прекращается, то есть наступает смерть.

Для предотвращения кессонной болезни подъём водолаза должен производиться медленно, с остановками, чтобы происходила так называемая декомпрессия организма, то есть чтобы избыток растворённого газа успевал постепенно покинуть кровь через лёгкие. В зависимости от глубины погружения рассчитывается время подъёма и количество остановок. Если на большой глубине водолаз находится несколько минут, то время на его спуск и подъём исчисляется несколькими часами.

Сказанное лишний раз подтверждает ту простую истину, что человек не может жить в водной стихии, когда-то породившей его далёких предков, и он никогда не покинет земную твердь.

Но для познания мира, в том числе изучения океана, люди упорно стремятся овладеть океанской глубиной. Погружения на большую глубину люди выполняли ещё в мягких водолазных костюмах, не имея даже приспособлений типа акваланга.

Первым на рекордную глубину 135 метров опустился в 1937 г. американец Мак Нол, а два года спустя советские водолазы Л.Кобзарь и П.Выгулярный, дышавшие гелиевой смесью, достигли глубины 157 метров. Десять лет понадобилось после этого, чтобы достичь отметки 200 метров. На такую глубину в 1949 году опустились два других советских водолаза – Б.Иванов и И.Выскребенцев.

В 1958 году водолазным делом заинтересовался учёный, специальность которого была далека от подводных погружений. Это был молодой, тогда 26-летний математик, имевший уже звание профессора Цюрихского университета, Ганс Келлер . Действуя скрытно от других специалистов, он сконструировал аппаратуру, рассчитал состав газовых смесей и сроки декомпрессии и приступил к тренировкам. Уже через год с приспособлением в виде водолазного колокола он опустился на дно Цюрихского озера на глубину 120 метров. Г.Келлер добился рекордно коротких сроков декомпрессии. Как он этого добился, было его секретом. Он мечтал о мировом рекорде глубины погружения.

Работами Г.Келлера заинтересовались военно-морские силы США, и очередное погружение было намечено на 4 декабря 1962 года в Калифорнийском заливе. Предполагалось с борта американского судна «Эврика» по специально изготовленному подводному лифту спустить на глубину 300 метров Г.Келлера и английского журналиста Питера Смолла, где они водрузят швейцарский и американский государственные флаги. С борта «Эврики» за погружением следили с помощью телевизионных камер. Вскоре после спуска лифта на экране показался только один человек. Стало ясно, что случилось что-то непредвиденное. Впоследствии было установлено, что в подводном лифте произошла утечка дыхательной смеси и оба акванавта потеряли сознание. Когда подняли лифт на борт судна, Г.Келлер вскоре пришёл в себя, а П.Смолл уже до поднятия лифта был мёртв. Кроме него погиб ещё аквалангист из группы обеспечения – студент К.Уиттекер. Поиски его тела были безрезультатны. Таковы печальные результаты нарушений правил водолазной безопасности.

Кстати, Г.Келлер тогда напрасно гнался за рекордом: уже в 1956 году на трехсотметровой глубине побывали три советских водолаза – Д.Лимбенс, В.Шалаев и В.Курочкин.

В последующие годы наиболее глубокие погружения – до 600 метров! выполняли водолазы французской фирмы «Комекс», занимающейся техническими работами нефтедобывающей промышленности на океанском шельфе.

На такой глубине водолаз в мягком скафандре и с самым совершенным аквалангом может находиться считанные минуты. Мы не знаем, какие неотложные дела, какие причины вынуждали руководителей упомянутой французской фирмы рисковать жизнью водолазов, отправляя их на запредельную глубину. Подозреваем однако, что причина здесь самая тривиальная – всё та же бескорыстная любовь к деньгам, к наживе.

Вероятно, глубина в 600 метров уже превышает физиологическую границу погружения человека в мягком водолазном костюме. Вряд ли нужно дальше испытывать возможности человеческого организма, они не беспредельны. К тому же человек побывал уже на глубине, значительно превышающей 600-метровый рубеж, правда, не в водолазном костюме, а в изолированных от внешней среды устройствах. Исследователям давно стало ясно, что на большие глубины человека без риска для его жизни можно опустить только в прочных металлических камерах, где давление воздуха соответствует нормальному атмосферному давлению. Значит, нужно обеспечить в первую очередь прочность и герметичность таких камер и создать запас воздуха с возможностью удаления отработанного воздуха или его регенерации. В конечном итоге такие устройства были изобретены, и исследователи опускались в них на большие глубины, вплоть до предельных глубин Мирового океана. Эти устройства называются батисферами и батискафами . Прежде чем познакомиться с этими устройствами, мы просим читателей проявить терпение и прочитать наш краткий рассказ об истории этого вопроса на следующей странице сайта Знания-сила.

© Владимир Каланов,
"Знания-сила"

Свыше 98% морского дна до сих пор не изучено, но в последние годы достигнут значительный прогресс в разработке методов исследования океанов. Исследовательские суда по-прежнему играют важную роль. Многое можно узнать, буксируя приборы за кораблями, собирая образцы в сети, поднимая материалы со дна океана. Удаленные от берега буйки передают информацию по радио, спутники могут сообщать на такие данные, как , появление ледового покрова, высота волн.

Глубоководное погружение

Подвесное судно должно иметь крепкую обшивку, чтобы выдержать давление воды, средства управления подъемной силой и регулирования глубины и систему двигателей. Батисфера представляла собой тяжелый стальной шар, который можно было спускать с судна на тросе. В 30-х гг. нашего века батисфера достигла рекордной для того времени глубины - 900 м. Батискаф, такой, как FNRS-З, был снабжен бензиновым двигателем и сбрасывал железные ядра, когда ему требовалось подняться на поверхность. В 1960 г. батискаф «Триест» с экипажем из трех, человек сумел погрузится на 11 300 м и достичь дна Марианской впадины, глубочайшей точки Мирового океана.

Подводный аппарат «Бобер-IV» сделан из очень легких материалов, чтобы добиться наилучшей плавучести. «Рыбы» коммерческий подводный аппарат, способный погружаться на глубину 9000 м. Некоторые аппараты, такие, как «Перри» и «Ныряльщик», снабжены переходным шлюзами для высадки аквалангистов.

«Ясон» — устройство с дистанционным управлением, которое исследует затонувшие корабли с помощью видеокамер, управляемых на расстоянии. Аппарат DSRV — спасательный аппарат глубокого погружения предназначен для спасения экипажа затонувших подводных лодок.

«Элвин», сконструированный в 1964 г., - подводный аппарат для экипажа из трех человек; он использовался для исследования обломков «Титаника». «Элвин» совершил более 1700 погружений, в том числе на глубину до 4000 м, и оказал неоценимую помощь в геологических и биологических исследованиях.

Водолазные костюмы

Жесткие костюмы, такие, как «Паук» и «Джим» представляют собой подводные аппараты в миниатюре, позволяющие ныряльщику погружаться на большую глубину и предохраняющие его от давления воды, «Паук» имеет запас воздуха и передвигается с помощью гребных винтов с электродвигателями.

В XVII в. люди опускались под воду в водолазных колоколах, и только в XIX в. был изобретен водолазный костюм с прочным медным шлемом. Воздух в него подавался с поверхности. В 1943 г. произошла революция в подводном плавании. Французский исследователь морей Жак Кусто и инженер Эмиль Каньян изобрели автономный дыхательный аппарат для подводного плавания, или акваланг. Сжатый воздух поступает из баллонов, укрепляемых на спине ныряльщика. Коммерческие акваланги снабжены всевозможными приспособлениями, чтобы облегчить работу ныряльщика. Есть гидрокостюмы с подогревом и даже аккумуляторные скутеры, помогающие ныряльщику передвигаться быстрее.

Вода, если ее напор силен, размывает любые преграды. Вот так же стихийно лет триста миллионов назад жизнь преодолела береговой барьер, хлынула на сушу и завладела миром, который прежде ей был недоступен и чужд. А сегодня уже мы, люди, стремимся стать земноводными существами. «Человечеству надо «перестраиваться» на океан — это неизбежно...» — сказал известный советский ученый академик Л. А. Зенкевич, выразив мнение многих.

Зачем нужен этот шаг и что он даст? Обычно в таких случаях говорят, что океан может и должен стать житницей растущего человечества. Это верно. Верно также и то, что на дне Мирового океана неисчислимы запасы нефти и металлов, которых порой уже не хватает на суше, да и в самой воде растворены колоссальные богатства самых редких и ценных элементов. Но ведь и жизнь двинулась в свое время на сушу в погоне за пищей, энергией и пространством. Она все это нашла там, но нашла она и другое: спираль эволюции развернулась на суше, как пружина, и итогом стало возникновение разума. А какой толчок получим мы? Освоение новой среды обогатит наш духовный мир, преграды на пути отточат разум. Освоение океана неразрывно, всеми корнями связано с процветанием человечества. «Через тернии — к звездам», — древние римляне были правы.

Нужно, однако, сказать, что далеко не все ученые едины во мнении, какими методами и средствами следует осваивать морские глубины, для начала — наиболее близкий и доступный нам шельф, континентальный склон, простирающийся на 100—300 километров от берега. Ряд океанологов, например, считает, что научные исследования океана, разведку и добычу полезных ископаемых, установку и ремонт оборудования, прокладку трубопроводов следует передать дистанционно управляемым автоматам и роботам. «Иногда, — возражает известный американский океанолог Артур Флехсиг, — слышится довод против пребывания человека в морской стихии. Речь идет о том, что будто бы вместо людей можно посылать в глубины приборы и машины, которые справятся с задачами так же хорошо, если не лучше, или же, по крайней мере, достаточно успешно. Явно излишне использовать людей, если задачи сугубо просты... Однако, будучи высказанным по поводу изучения сложных явлений, это утверждение, на мой взгляд, представляет собой сущий вздор или более снисходительно — произвольное мнение». И действительно, опыт морских нефтяников показывает, что в подавляющем большинстве случаев при выполнении сложных и ответственных работ под водой присутствие человека необходимо. Техника будет совершенствоваться? Правильно, но будет возрастать и сложность задач, а роботы, столь же совершенные, как и человек, — это в обозримом будущем утопия.

Так что человек скорее всего сам должен обжить глубину моря. А способен ли он на это? Вода, давление, мрак... Погрузиться, допустим, можно, а жить?

Годы и метры

Освоение океана часто сравнивают с освоением космоса. Методы освоения, однако, оказались противоположными: в космос первыми вышли автоматические станции, а в океан шагнул сам человек. Сначала «без ничего» — на глубину нескольких десятков метров. Затем — уже в XIX веке — одетый в скафандр, который позволил ему спускаться на глубину до 80 метров и работать там непродолжительное время. Однако, как справедливо заметил Жак-Ив Кусто, «водолаз со своими тяжелыми свинцовыми ботинками оказался жалким и неловким пленником водной стихии»...

В корне изменило дело свободное погружение с аквалангом. С аквалангом человек наконец почувствовал себя в воде как рыба. Погружение до глубин в 40—50 метров стало доступным любому здоровому человеку, и люди впервые по-настоящему увидели красоту подводного мира.

Но власти над глубинами акваланг не дал. Чем ниже погружается человек с аквалангом, тем опасней для него сжатый воздух, которым он дышит: перенасыщение кислородом вызывает судороги, повреждает легкие, а перенасыщение азотом «опьяняет» пловца и приводит к кессонной болезни. Эти физиологические барьеры, казалось бы, наглухо закрывают человеку доступ в глубины. Достаточно вспомнить, в чем суть кессонной болезни: нагнетаемый под давлением азот растворяется в тканях организма и затем вскипает при быстром подъеме, словно углекислота при откупоривании шампанского. Чтобы избежать травмы и смерти, человек вынужден подниматься очень медленно, страхуясь на каждом шагу. Для глубины 150—200 метров сроки декомпрессии так велики, что водолазный труд становится непроизводительным: за минуты работы на дне приходится расплачиваться часами изнурительного подъема.

Поразительно, однако, как быстро удалось обойти эти «непреодолимые» вроде бы барьеры! Сейчас реальностью становится то, что еще 10—15 лет назад казалось чистой фантастикой: спуск более чем на полукилометровую глубину. Пока, правда, такие глубины достигнуты лишь в гидрокамере. Но фактически это означает, что шельф теперь открыт человеку.

Успех связан прежде всего с именем молодого швейцарского ученого Ганса Келлера, который отважился предположить, что невозможное возможно, проделал колоссальную исследовательскую работу и сам на себе проверил свои теоретические выкладки. Законы физиологии изменить нельзя, зато как угодно можно менять состав дыхательной смеси, режим дыхания, погружения и всплытия. Здесь миллионы и миллионы вариантов! Неужели среди этой бесконечности нет таких, которые «провели» бы человека через все опасности? Об объеме проделанной тут работы говорит хотя бы такой факт. Келлер рассчитал на компьютере 250 тысяч вариантов газовой смеси для дыхания при подъеме человека с глубины 300 метров. Продукция в виде таблиц с различными вариантами режима выхода водолаза на поверхность весила 9 килограммов! С этим поистине драгоценным грузом ученый отправился на озеро Лаго-Маджиоре, где, опустившись на глубину 222 метров, он вынырнул обратно, потратив на подъем всего 53 минуты. Для сравнения: англичанин Джордж Вуки, который в 1956 году достиг рекордной глубины 180 метров, выбирался на поверхность в течение двенадцати часов!

Позднее Келлер перекрыл собственный рекорд: «опустившись» в гидрокамере на глубину 300 метров, он «поднялся на поверхность» за 48 минут...

В чем тут секрет? Один из режимов выхода с глубины 300 метров, предложенный Келлером, выглядит так. На глубине 300—90 метров водолаз дышит смесью гелия и кислорода. От 90 до 60 метров пользуется более тяжелой азотно-кислородной смесью. С 60 до 15 метров он дышит уже аргоно-кислородным воздухом, а с 15 метров — чистым кислородом. При этом новые комбинации газов как бы нейтрализуют вредное влияние предшествующих.

Дело пошло быстро, едва был понят, усвоен и испытан общий принцип. В 1960—1962 годах Келлер погружается в специальной барокамере на глубину 400 метров. В 1970 году англичане воспроизводят спуск на глубину 457 метров. В ноябре того же года двое французов достигают отметки 520 метров. В 1972 году взят рубеж 565 метров. Затем... Но об этом несколько позже.

Лишь одно обстоятельство омрачало ликование: во всех этих опытах человек «находился на дне» не более двадцати минут. Получалось так, что человек может достичь полукилометровых глубин, а освоить их — нет. Но огорчение длилось недолго: было открыто, что легко создать такие условия, при которых время декомпрессии практически не зависит от срока пребывания человека на большой глубине. Это означало, что если на дне моря построить дом с постоянной атмосферой и всеми удобствами, то человек может жить в нем недели, месяцы, а декомпрессию ему придется пройти лишь при выходе на поверхность.

Хроника подводного градостроительства

Подводные дома стали возникать один за другим. Первый такой дом был в 1962 году установлен Жак-Ивом Кусто на глубине 10 метров около Марселя («Преконтинент-I»). Двое акванавтов прожили в нем 196 часов и доказали, что теория верна. Дальнейшая хроника выглядит так. 1963 год: «Преконтинент-II», в котором люди прожили уже месяц (глубина погружения дома — 11 метров). «Преконтинент-II», — писал Кусто, — убедил нашу группу, что еще при нашей жизни станут обычными промышленные и научные станции на дне моря». 1964 год: американцы устанавливают подводный дом «Силэб-I» на глубине 59 метров. Почти одновременно акванавты Джон Линдберг и Робер Стенюи проводят двое суток на глубине 130 метров в «походной палатке». 1965 год: на глубину 60 метров опускается «Силэб-II». Руководитель работ Джордж Бонд на этот раз выбрал «...самую черную, самую холодную, самую страшную...» воду, которую он смог найти на краю подводного каньона. Он «задался целью доказать, что человек в течение длительного времени может выполнять полезную работу в условиях... соответствующих реальной обстановке на больших глубинах...». Обитатели «Силэб-II» провели на дне 45 дней. «Жизнь в глубинах океана была настолько необычна и увлекательна, что я не прочь устроить для своей семьи дачу под водой», — полушутя заметил один из участников опыта.

Любопытная деталь: первопроходец морских глубин Жак-Ив Кусто предполагал поставить свой «Преконтинент-III» на глубине 33 метров. Узнав о результатах опыта с «Силэбом», он решил погрузить свой подводный дом сразу на глубину 110 метров. «Жизнь коротка, и надо успеть как можно больше сделать!»

В «Преконтиненте-IV» люди провели три недели, работая на глубине 110—130 метров. Это произошло в том же 1965 году. Океанавты, между прочим, смонтировали на дне нефтяную вышку. Было доказано, что на больших глубинах человек может выполнять сложные и трудные работы даже быстрее, чем на суше.

1969 год: в воды Тихого океана на глубину 183 метров опущена подводная лаборатория «Силэб-III». Однако вскоре была замечена утечка воздуха. Последовал вызов с поверхности аварийной команды. Внезапно во время ремонтных работ от сердечного приступа гибнет один из членов экипажа...

Задержала ли эта трагедия наступление на морские глубины? Судите сами. Десять лет назад правительство США расходовало на подводные исследования и технику 29 миллионов долларов. Сейчас — 500 миллионов. На последующие десять лет запланировано потратить 5 миллиардов.

Летопись будет неполной, если мы не упомянем о работах исследователей других стран. Около десяти подводных поселений создали советские ученые в Черном море. Ученые Кубы вместе с чехословацкими коллегами неподалеку от Гаваны установили «Карибе-I». К опытам с подводными домами приступили или приступают Голландия, Италия, Япония. Все эти работы выглядят не столь сенсационно, как работы французов и американцев, но в них есть немало уникального. Так, например, голландские акванавты будут питаться в основном продуктами моря. В Италии завершен проект научного городка, который предполагается создать на дне озера неподалеку от Рима.

Ныне почти все ученые мира сходятся в одном: освоение шельфа Мирового океана осуществится в ближайшие десять-пятнадцать лет.

«Я нырну на тысячу метров!»

Человеческий разум так устроен, что он никогда не довольствуется достигнутым. Материковые отмели вскоре будут освоены, с этим все ясно. А бездны океана? Станут ли они когда-нибудь доступными?

Да. И произойдет это скорее всего тоже в пределах нашего века. По мнению ряда специалистов, уже в ближайшие 30—40 лет в центре Атлантики будет предпринята попытка возвести город-станцию с квартирами и магазинами, институтами и заводами, больницами и театрами, улицами и ресторанами. Однако для этого придется преодолеть трудности не меньшие, чем при высадке людей на Луну.

Начнем с того, что на глубине 3500 метров, где предполагается построить станцию, давление столь велико, что современная подводная лодка испытала бы там участь спичечного коробка, попавшего под кузнечный пресс. Вообще говоря, металл вряд ли пригоден для такого строительства: сокрушительное давление способно найти в нем самую микроскопическую трещинку и разломать всю конструкцию. То, что металлические батискафы опускались и на большую глубину, не должно нас слишком обнадеживать, ведь сжатие, длящееся часами, — это одно, а сжатие, длящееся годами, — нечто совсем иное.

Кое-что нам, правда, подсказывает здесь природа. Так, на идею конструкции «Преконтинента-II» навела морская звезда, а очертания новой, проектируемой американцами станции «Силэб» (экипаж — 40 человек, глубина погружения — 200 метров), напоминают собой распластанного на дне осьминога. Еще более интересные инженерные решения открываются при изучении радиолярий и диатомей. Это поистине неисчерпаемый каталог прекраснейших и опробованных природой на больших глубинах конструкций.

Но как быть все-таки с материалом? Если стали и сплавы не годятся, то может ли их что-нибудь заменить?

В принципе материал для подводных городов уже найден. Это стекло. Это хрупкое вещество обладает одной изумительной особенностью: если полый стеклянный шар опускать в воду, то он с каждым метром становится все прочней. Специалисты называют это феноменальное явление глубинным закаливанием. Первая опытная модель будущего шара-жилища была изготовлена из специального сорта стекла и в 1969 году испытана на глубине 3500 метров. Стекло прекрасно выдержало давление.

Ну а как будет чувствовать себя на этих глубинах человек? Телу не придашь другую форму, мускулы другим материалом не заменишь. На человека обрушатся сотни атмосфер давления — да ведь это все равно что лечь под кузнечный пресс!

Тем не менее Ганс Келлер заявил, что он нырнет на глубину тысячи метров. Бахвальство? Морские организмы живут даже в глубочайших впадинах. Но ведь они дышат не воздухом, их организм «спроектирован» для многокилометровых глубин, тогда как организм человека...

Но оказалось, что мы явно недоучитываем способности своего организма. Судите сами. Ганс Келлер собирается нырнуть на глубину тысячи метров. Кусто собирается жить на этой глубине (проект «Преконтинент-VII»). Этих людей нельзя заподозрить в намерении покончить с собой столь экстравагантным способом. Они все трезво рассчитали и взвесили: человек может дышать и плавать на километровой глубине!

«Но это предел, — тут же заметили некоторые специалисты. — Глубина в тысячу метров — вот та природная граница, ниже которой человек опуститься не может».

Едва этот прогноз был сделан, как четверо добровольцев захлопнули за собой люк барокамеры и «погрузились» на глубину 1520 метров! Смельчаки американцы провели в барокамере четыре часа; без всякого вреда для здоровья, между прочим.

Не отказаться ли от легких?

Всегда были, есть и будут ученые, которым не нравятся традиционные пути. Барокамеры, режимы, дыхательные смеси отвоевывают для человека одну сотню метров погружения за другой, и все-таки нет особой надежды, что в результате акванавты будут чувствовать себя уверенно на какой угодно глубине. Так не лучше ли избрать окольный путь? Если обычный способ дыхания не позволяет человеку достичь цели, то надо изменить способ дыхания, вот и все. Пусть человек научится дышать... водой!

Если бы эту идею выдвинул кто другой, а не видный голландский физиолог, профессор Иоганнес Килстри, то к ней, вероятно, отнеслись бы, мягко говоря, скептически. Разве легкие могут стать жабрами?! Тысячи утопленников доказали это со всей очевидностью. Нет, нет, это несерьезно...

И в самом деле. Конечно, в воде есть растворенный кислород. Но его всего семь миллилитров в одном литре жидкости, тогда как литр воздуха содержит около двухсот миллилитров кислорода. Разница! Да и устройство легких отличается от устройства жабр.

Тем не менее Килстри не был ни сумасшедшим, ни фантазером. Ведь, прежде чем родиться, человек дышит не воздухом, а околоплодной жидкостью. Сами легкие, хотя и отличаются от жабр, имеют сходную функцию: в обоих случаях кислород проникает в кровь сквозь тонкие клеточные мембраны, а углекислый газ выводится при выдохе.

Чтобы решить проблему водного дыхания человека, рассудил Килстри, надо устранить два препятствия. Во-первых, как мы уже говорили, в воде при атмосферном давлении растворенного кислорода содержится в 30 раз меньше, чем в том же объеме воздуха. Следовательно, человек должен пропускать через легкие в 30 раз больше воды, чем воздуха. Чтобы удалить из организма выделяющийся углекислый газ, надо, в свою очередь, «выдохнуть» вдвое больше жидкости, чем воздуха. Учитывая, что вязкость воды в 36 раз больше, чем воздуха, надо затратить на это примерно в 70 раз больше усилий, что может привести к истощению сил. Во-вторых, морская и пресная вода по химическому составу отличаются от крови, и при вдыхании можно повредить нежные ткани легких, изменить состав жидкостей, циркулирующих в организме. Чтобы преодолеть перечисленные препятствия, Килстри приготовил специальный соляной раствор, близкий по своим свойствам к плазме крови. В нем растворили химическое вещество, вступающее в реакцию с выдыхаемой двуокисью углерода. Затем в раствор был введен под давлением чистый кислород.

Первые опыты были проведены на белых мышах. Подопытных животных помещали в замкнутый, наполненный соляным раствором резервуар. Туда же под давлением в 8 атмосфер нагнетался кислород (при таком давлении животное получало столько же кислорода, сколько и при дыхании воздухом). После погружения мыши довольно скоро освоились в непривычной обстановке и как ни в чем не бывало начали дышать подсоленной и обогащенной кислородом водой! И дышали ею десять-пятнадцать часов. А одна мышь-рекордсменка прожила в жидкости 18 часов. Более того, в одном из экспериментов Килстри маленькие, ничем не защищенные зверьки были подвергнуты давлению 160 атмосфер, что равносильно спуску под воду на глубину 1600 метров!

И все же, когда мышей вернули к нормальным условиям дыхания, большинство животных погибли. По мнению экспериментаторов, причина гибели мышей в том, что у них слишком миниатюрные органы дыхания; когда зверьки выходят на воздух, остатки воды застревают в легких, и животные умирают от удушья.

Тогда Килстри перешел к опытам над собаками. Как и мыши, собаки после первых минут растерянности начинали дышать водой, словно всю жизнь только этим и занимались. Через определенное число часов собаку извлекали из аквариума, откачивали из ее легких воду, а затем, массируя ей грудную клетку, заставляли снова дышать воздухом. Легочное дыхание у собаки восстанавливалось без каких-либо вредных последствий. Позднее Килстри и его коллеги поставили ряд опытов в камере с повышенным давлением, где находились и животные, и экспериментаторы. Собак не погружали в жидкость; их просто заставляли дышать через специальное приспособление соляным раствором с растворенным в нем под давлением кислородом. Семь собак остались живы без каких-либо осложнений здоровья. Одна из них через 44 дня родила 9 здоровых щенят.

Наконец Килстри решился испробовать водяное дыхание на человеке. Добровольцем вызвался американский водолаз-глубинник Фрэнсис Фалейчик. Из соображений безопасности испытания проводились только с одним легким. В дыхательные пути был введен двойной шланг. Концы его находились в бронхах. Таким образом, каждое легкое могло дышать отдельно. Обычный воздух поступал только в левое легкое. В правое легкое водолаз вдыхал через шланг обогащенную кислородом соленую воду. Никаких осложнений не было. Фрэнсис Фалейчик не испытывал затруднений при дыхании. Он... Впрочем, вот как пишет об этом сам Килстри: «Фалейчик, находившийся в течение всей процедуры в полном сознании, рассказал, что он не заметил значительной разницы между легким, дышащим воздухом, и легким, дышащим водой. Он не испытывал также неприятных ощущений при вдохе и выдохе потока жидкости из легкого...»

Однако, несмотря на успех первого опыта с Фалейчиком, Килстри прекрасно понимает, что торжествовать рано. Хотя дыхательная жидкость и хорошо снабжала легкое кислородом, не повреждая при этом его нежные ткани, при выдохе она в недостаточной степени удаляла двуокись углерода.

Но дыхательной жидкостью может быть не только соленая вода; есть и другие, более подходящие. Для решающего опыта, когда человек будет обоими легкими дышать жидкостью, подготавливается специальная синтетическая жидкость — флюркарбон, способная содержать в себе втрое больше углекислого газа и в пятьдесят раз больше кислорода, чем воздух. Следующий этап — полное погружение человека в жидкость. Если все пойдет успешно, то человек сможет опускаться на тысячу метров и подниматься оттуда без всякой декомпрессии.

Проблема водного дыхания в последние годы увлекла многих ученых. Ряд интересных опытов с «подводными собаками» поставил американец Э. Лампьер. Значительных успехов в экспериментах с мышами достигли советские ученые, сотрудники киевской лаборатории гидробионики В. Козак, М. Иродов, В. Демченко и другие. Энтузиасты не сомневаются в том, что в недалеком будущем снабдят акванавтов таким дыхательным прибором, в котором роль воздуха будет выполнять жидкость.

Реализм фантастики

Когда в 30-х годах писатель-фантаст А. Беляев вывел в романе подводного человека — Ихтиандра, то специалисты были единодушны в своих комментариях: «Красивая выдумка, которая никогда не сбудется». Прошло время, и выяснилось, что фантаст увидел то, чего не видели специалисты: земноводный человек — это реальность будущего.

И не столь уж далекого. Так, еще в начале 60-х годов в американской печати было опубликовано сообщение, что одна из фирм США разрабатывает конструкцию миниатюрного аппарата для насыщения крови кислородом. Идея такова. Искусственные жабры прикрепляются к поясу ныряльщика, идущие от них шланги соединяются с аортой. Легкие акванавта заполняются стерильным несжимаемым пластиком, таким образом, они как бы выключены, и человек, опустившийся в морские глубины, дышит через «жабры», точнее, он вообще перестает дышать, кровь насыщается кислородом с помощью искусственных жабр.

Узнав об американских разработках «искусственных жабр», Жак-Ив Кусто заявил с трибуны Международного конгресса подводников.

«Если этот проект осуществится, искусственные жабры дадут возможность тысячам новых Ихтиандров погружаться на глубины в 2 километра и более на неограниченное время!»

Не менее интересно следующее заявление Кусто: «Чтобы человек мог выдержать давление на больших глубинах, следовало бы удалить у него легкие. В его кровеносную систему включили бы патрон, который химически питал бы кислородом его кровь и удалял из нее углекислоту. Человек уже не подвергался бы опасности декомпрессии, он мог бы совершать восхождение на Джомолунгму с песней на устах. Он чувствовал бы себя одинаково хорошо и в море, и в космосе. Мы над этим работаем. Первые хирургические опыты на животных будут проведены в 1975 году, а на человеке — в 1980-м...»

С тех пор прошло около десяти лет. Идею Кусто пытаются реализовать. Но дело тут не только в технических сложностях проблемы. Превратить «человека сухопутного» в «человека подводного», допустим, можно. А надо ли? Гуманно ли? К каким последствиям приведет искусственное разделение людей на две расы?

Заманчивей и перспективней путь, предложенный американским инженером Уолтером Роббом. Сегодня этот исследователь может продемонстрировать сидящего в аквариуме хомяка. Это не подводный житель, его организм не переделан. И все же у него и у снующих рядом рыбок есть нечто общее: и хомяк и рыбы дышат растворенным в воде кислородом. Роль жабр выполняет силиконовая пленка, которой окутан хомяк. Тончайшая силиконовая пленка обладает одним замечательным свойством: она не пропускает воду, но сквозь нее устремляются молекулы растворенного в ней кислорода; она же отводит в воду молекулы выдыхаемого углекислого газа.

Независимо от Робба искусственные жабры, на этот раз уже для человека, создал инженер Вальдемар Эйрес. По виду эти жабры напоминают объемистые, соединенные шлангами мешки, принцип их действия схож с только что описанным. Поданная Эйресом заявка долгое время игнорировалась Бюро патентов США; никто не хотел верить в возможность создания жабр для человека. Чтобы убедить недоверчивых чиновников, Эйрес пригласил их на пляж, нацепил на себя жабры и нырнул. Он пробыл под водой полтора часа, и скептикам пришлось сдаться.

Сам Эйрес уверен, что созданный им аппарат сделает человека вполне земноводным существом. Однако не все ученые разделяют его оптимизм. Но сам принцип вряд ли уже вызывает сомнения. Совсем недавно японцы сообщили о таком усовершенствовании жабр, которое позволяет пользоваться ими уже на значительных глубинах.

Водное дыхание... Искусственное изменение организма... Жабры для человека... Пока еще нельзя сказать наверняка, какое из этих средств позволит человеку стать подводным жителем. Однако нет сомнений в том, что люди смогут жить и плодотворно работать на любых глубинах. И тогда не робким восхищенным гостем, а подлинным хозяином, во всеоружии науки и техники, придет человек в Мировой океан. «Это неверно, — пишет академик Л. М. Бреховских, — что человек — существо сухопутное. Жить на планете, которая на три четверти покрыта водой, и оставаться сухопутным существом — это не удел для человека...»

Понятно, речь не идет о том, что человек должен поселиться на дне океана навечно. Даже энтузиаст идеи «гомо акватикуса» Жак-Ив Кусто в предвидении грядущих подводных городов заметил: «Нам неплохо и под солнцем». Добавим: человек вообще неотделим от солнца. Ему постоянно нужен его свет, тепло, привольный ветер, запах цветов, шелест листьев. Став земноводным, человек неизбежно будет возвращаться из глубин на землю, в свою родную стихию. Иначе он не сможет остаться человеком. И если дело стало за определениями, то человек грядущего не будет ни «человеком сухопутным», ни «человеком подводным»: он будет «человеком универсальным». Таким, который сможет жить и на суше, и в глубинах моря, и в далях космоса.

Изотиборис Литинецкис

Мы живем на планете воды, но земные океаны знаем хуже, чем некоторые космические тела. Больше половины поверхности Марса артографировано с разрешением около 20 м — и только 10−15% океанского дна изучены при разрешении хотя бы 100 м. На Луне побывало 12 человек, на дне Марианской впадины — трое, и все они не смели и носа высунуть из сверхпрочных батискафов.

Погружаемся

Главная сложность в освоении Мирового океана — это давление: на каждые 10 м глубины оно увеличивается еще на одну атмосферу. Когда счет доходит до тысяч метров и сотен атмосфер, меняется все. Жидкости текут иначе, необычно ведут себя газы… Аппараты, способные выдержать эти условия, остаются штучным продуктом, и даже самые современные субмарины на такое давление не рассчитаны. Предельная глубина погружения новейших АПЛ проекта 955 «Борей» составляет всего 480 м.

Водолазов, спускающихся на сотни метров, уважительно зовут акванавтами, сравнивая их с покорителями космоса. Но бездна морей по‑своему опаснее космического вакуума. Случись что, работающий на МКС экипаж сможет перейти в пристыкованный корабль и через несколько часов окажется на поверхности Земли. Водолазам этот путь закрыт: чтобы эвакуироваться с глубины, могут потребоваться недели. И срок этот не сократить ни при каких обстоятельствах.

Впрочем, на глубину существует и альтернативный путь. Вместо того чтобы создавать все более прочные корпуса, можно отправить туда… живых водолазов. Рекорд давления, перенесенного испытателями в лаборатории, почти вдвое превышает способности подлодок. Тут нет ничего невероятного: клетки всех живых организмов заполнены той же водой, которая свободно передает давление во всех направлениях.

Клетки не противостоят водному столбу, как твердые корпуса субмарин, они компенсируют внешнее давление внутренним. Недаром обитатели «черных курильщиков», включая круглых червей и креветок, прекрасно себя чувствуют на многокилометровой глубине океанского дна. Некоторые виды бактерий неплохо переносят даже тысячи атмосфер. Человек здесь не исключение — с той лишь разницей, что ему нужен воздух.

Под поверхностью

Кислород Дыхательные трубки из тростника были известны еще могиканам Фенимора Купера. Сегодня на смену полым стеблям растений пришли трубки из пластика, «анатомической формы» и с удобными загубниками. Однако эффективности им это не прибавило: мешают законы физики и биологии.

Уже на метровой глубине давление на грудную клетку поднимается до 1,1 атм — к самому воздуху прибавляется 0,1 атм водного столба. Дыхание здесь требует заметного усилия межреберных мышц, и справиться с этим могут только тренированные атлеты. При этом даже их сил хватит ненадолго и максимум на 4−5 м глубины, а новичкам тяжело дается дыхание и на полуметре. Вдобавок чем длиннее трубка, тем больше воздуха содержится в ней самой. «Рабочий» дыхательный объем легких составляет в среднем 500 мл, и после каждого выдоха часть отработанного воздуха остается в трубке. Каждый вдох приносит все меньше кислорода и все больше углекислого газа.

Чтобы доставлять свежий воздух, требуется принудительная вентиляция. Нагнетая газ под повышенным давлением, можно облегчить работу мускулам грудной клетки. Такой подход применяется уже не одно столетие. Ручные насосы известны водолазам с XVII века, а в середине XIX века английские строители, возводившие подводные фундаменты для опор мостов, уже подолгу трудились в атмосфере сжатого воздуха. Для работ использовались толстостенные, открытые снизу подводные камеры, в которых поддерживали высокое давление. То есть кессоны.

Глубже 10 м

Азот Во время работы в самих кессонах никаких проблем не возникало. Но вот при возвращении на поверхность у строителей часто развивались симптомы, которые французские физиологи Поль и Ваттель описали в 1854 году как On ne paie qu’en sortant — «расплата на выходе». Это мог быть сильный зуд кожи или головокружение, боли в суставах и мышцах. В самых тяжелых случаях развивались параличи, наступала потеря сознания, а затем и гибель.

Чтобы отправиться на глубину без каких-либо сложностей, связанных с экстремальным давлением, можно использовать сверхпрочные скафандры. Это чрезвычайно сложные системы, выдерживающие погружение на сотни метров и сохраняющие внутри комфортное давление в 1 атм. Правда, они весьма дороги: например, цена недавно представленного скафандра канадской фирмы Nuytco Research Ltd. EXOSUIT составляет около миллиона долларов.

Проблема в том, что количество растворенного в жидкости газа прямо зависит от давления над ней. Это касается и воздуха, который содержит около 21% кислорода и 78% азота (прочими газами — углекислым, неоном, гелием, метаном, водородом и т. д. — можно пренебречь: их содержание не превышает 1%). Если кислород быстро усваивается, то азот просто насыщает кровь и другие ткани: при повышении давления на 1 атм в организме растворяется дополнительно около 1 л азота.

При быстром снижении давления избыток газа начинает выделяться бурно, иногда вспениваясь, как вскрытая бутылка шампанского. Появляющиеся пузырьки могут физически деформировать ткани, закупоривать сосуды и лишать их снабжения кровью, приводя к самым разнообразным и часто тяжелым симптомам. По счастью, физиологи разобрались с этим механизмом довольно быстро, и уже в 1890-х годах декомпрессионную болезнь удавалось предотвратить, применяя постепенное и осторожное снижение давления до нормы — так, чтобы азот выходил из организма постепенно, а кровь и другие жидкости не «закипали».

В начале ХХ века английский исследователь Джон Холдейн составил детальные таблицы с рекомендациями по оптимальным режимам спуска и подъема, компрессии и декомпрессии. Экспериментируя с животными, а затем и с людьми — в том числе с самим собой и своими близкими, — Холдейн выяснил, что максимальная безопасная глубина, не требующая декомпрессии, составляет около 10 м, а при длительном погружении — и того меньше. Возвращение с глубины должно производиться поэтапно и не спеша, чтобы дать азоту время высвободиться, зато спускаться лучше довольно быстро, сокращая время поступления избыточного газа в ткани организма. Людям открылись новые пределы глубины.

Глубже 40 м

Гелий Борьба с глубиной напоминает гонку вооружений. Найдя способ преодолеть очередное препятствие, люди делали еще несколько шагов — и встречали новую преграду. Так, следом за кессонной болезнью открылась напасть, которую дайверы почти любовно зовут «азотной белочкой». Дело в том, что в гипербарических условиях этот инертный газ начинает действовать не хуже крепкого алкоголя. В 1940-х опьяняющий эффект азота изучал другой Джон Холдейн, сын «того самого». Опасные эксперименты отца его ничуть не смущали, и он продолжил суровые опыты на себе и коллегах. «У одного из наших испытуемых произошел разрыв легкого, — фиксировал ученый в журнале, — но сейчас он поправляется».

Несмотря на все исследования, механизм азотного опьянения детально не установлен — впрочем, то же можно сказать и о действии обычного алкоголя. И тот и другой нарушают нормальную передачу сигналов в синапсах нервных клеток, а возможно, даже меняют проницаемость клеточных мембран, превращая ионообменные процессы на поверхностях нейронов в полный хаос. Внешне то и другое проявляется тоже схожим образом. Водолаз, «словивший азотную белочку», теряет контроль над собой. Он может впасть в панику и перерезать шланги или, наоборот, увлечься пересказом анекдотов стае веселых акул.

Наркотическим действием обладают и другие инертные газы, причем чем тяжелее их молекулы, тем меньшее давление требуется для того, чтобы этот эффект проявился. Например, ксенон анестезирует и при обычных условиях, а более легкий аргон — только при нескольких атмосферах. Впрочем, эти проявления глубоко индивидуальны, и некоторые люди, погружаясь, ощущают азотное опьянение намного раньше других.

Избавиться от анестезирующего действия азота можно, снизив его поступление в организм. Так работают дыхательные смеси нитроксы, содержащие увеличенную (иногда до 36%) долю кислорода и, соответственно, пониженное количество азота. Еще заманчивее было бы перейти на чистый кислород. Ведь это позволило бы вчетверо уменьшить объем дыхательных баллонов или вчетверо увеличить время работы с ними. Однако кислород — элемент активный, и при длительном вдыхании — токсичный, особенно под давлением.

Чистый кислород вызывает опьянение и эйфорию, ведет к повреждению мембран в клетках дыхательных путей. При этом нехватка свободного (восстановленного) гемоглобина затрудняет выведение углекислого газа, приводит к гиперкапнии и метаболическому ацидозу, запуская физиологические реакции гипоксии. Человек задыхается, несмотря на то что кислорода его организму вполне достаточно. Как установил тот же Холдейн-младший, уже при давлении в 7 атм дышать чистым кислородом можно не дольше нескольких минут, после чего начинаются нарушения дыхания, конвульсии — все то, что на дайверском сленге называется коротким словом «блэкаут».

Жидкостное дыхание

Пока еще полуфантастический подход к покорению глубины состоит в использовании веществ, способных взять на себя доставку газов вместо воздуха — например, заменителя плазмы крови перфторана. В теории, легкие можно заполнить этой голубоватой жидкостью и, насыщая кислородом, прокачивать ее насосами, обеспечивая дыхание вообще без газовой смеси. Впрочем, этот метод остается глубоко экспериментальным, многие специалисты считают его и вовсе тупиковым, а, например, в США применение перфторана официально запрещено.

Поэтому парциальное давление кислорода при дыхании на глубине поддерживается даже ниже обычного, а азот заменяют на безопасный и не вызывающий эйфории газ. Лучше других подошел бы легкий водород, если б не его взрывоопасность в смеси с кислородом. В итоге водород используется редко, а обычным заменителем азота в смеси стал второй по легкости газ, гелий. На его основе производят кислородно-гелиевые или кислородно-гелиево-азотные дыхательные смеси — гелиоксы и тримиксы.

Глубже 80 м

Сложные смеси Здесь стоит сказать, что компрессия и декомпрессия при давлениях в десятки и сотни атмосфер затягивается надолго. Настолько, что делает работу промышленных водолазов — например, при обслуживании морских нефтедобывающих платформ — малоэффективной. Время, проведенное на глубине, становится куда короче, чем долгие спуски и подъемы. Уже полчаса на 60 м выливаются в более чем часовую декомпрессию. После получаса на 160 м для возвращения понадобится больше 25 часов — а ведь водолазам приходится спускаться и ниже.

Поэтому уже несколько десятилетий для этих целей используют глубоководные барокамеры. Люди живут в них порой целыми неделями, работая посменно и совершая экскурсии наружу через шлюзовой отсек: давление дыхательной смеси в «жилище» поддерживается равным давлению водной среды вокруг. И хотя декомпрессия при подъеме со 100 м занимает около четырех суток, а с 300 м — больше недели, приличный срок работы на глубине делает эти потери времени вполне оправданными.

Методы длительного пребывания в среде с повышенным давлением прорабатывались с середины ХХ века. Большие гипербарические комплексы позволили создавать нужное давление в лабораторных условиях, и отважные испытатели того времени устанавливали один рекорд за другим, постепенно переходя и в море. В 1962 году Роберт Стенюи провел 26 часов на глубине 61 м, став первым акванавтом, а тремя годами позже шестеро французов, дыша тримиксом, прожили на глубине 100 м почти три недели.

Здесь начались новые проблемы, связанные с длительным пребыванием людей в изоляции и в изнурительно некомфортной обстановке. Из-за высокой теплопроводности гелия водолазы теряют тепло с каждым выдохом газовой смеси, и в их «доме» приходится поддерживать стабильно жаркую атмосферу — около 30 °C, а вода создает высокую влажность. Кроме того, низкая плотность гелия меняет тембр голоса, серьезно затрудняя общение. Но даже все эти трудности вместе взятые не поставили бы предел нашим приключениям в гипербарическом мире. Есть ограничения и поважнее.

Глубже 600 м

Предел В лабораторных экспериментах отдельные нейроны, растущие «в пробирке», плохо переносят экстремально высокое давление, демонстрируя беспорядочную гипервозбудимость. Похоже, что при этом заметно меняются свойства липидов клеточных мембран, так что противостоять этим эффектам невозможно. Результат можно наблюдать и в нервной системе человека под огромным давлением. Он начинает то и дело «отключаться», впадая в кратковременные периоды сна или ступора. Восприятие затрудняется, тело охватывает тремор, начинается паника: развивается нервный синдром высокого давления (НСВД), обусловленный самой физиологией нейронов.

Помимо легких, в организме есть и другие полости, содержащие воздух. Но они сообщаются с окружающей средой очень тонкими каналами, и давление в них выравнивается далеко не моментально. Например, полости среднего уха соединяются с носоглоткой лишь узкой евстахиевой трубой, которая к тому же часто забивается слизью. Связанные с этим неудобства знакомы многим пассажирам самолетов, которым приходится, плотно закрыв нос и рот, резко выдохнуть, уравнивая давление уха и внешней среды. Водолазы тоже применяют такое «продувание», а при насморке стараются вовсе не погружаться.

Добавление к кислородно-гелиевой смеси небольших (до 9%) количеств азота позволяет несколько ослабить эти эффекты. Поэтому рекордные погружения на гелиоксе достигают планки 200−250 м, а на азотсодержащем тримиксе — около 450 м в открытом море и 600 м в компрессионной камере. Законодателями в этой области стали — и до сих пор остаются — французские акванавты. Чередование воздуха, сложных дыхательных смесей, хитрых режимов погружения и декомпрессии еще в 1970-х позволило водолазам преодолеть планку в 700 м глубины, а созданную учениками Жака Кусто компанию COMEX сделало мировым лидером в водолазном обслуживании морских нефтедобывающих платформ. Детали этих операций остаются военной и коммерческой тайной, поэтому исследователи других стран пытаются догнать французов, двигаясь своими путями.

Пытаясь опуститься глубже, советские физиологи изучали возможность замены гелия более тяжелыми газами, например неоном. Эксперименты по имитации погружения на 400 м в кислородно-неоновой атмосфере проводились в гипербарическом комплексе московского Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН и в секретном «подводном» НИИ-40 Министерства обороны, а также в НИИ Океанологии им. Ширшова. Однако тяжесть неона продемонстрировала свою обратную сторону.

Можно подсчитать, что уже при давлении 35 атм плотность кислородно-неоновой смеси равна плотности кислородно-гелиевой примерно при 150 атм. А дальше — больше: наши воздухоносные пути просто не приспособлены для «прокачивания» такой густой среды. Испытатели ИМБП сообщали, что, когда легкие и бронхи работают со столь плотной смесью, возникает странное и тяжелое ощущение, «будто ты не дышишь, а пьешь воздух». В бодрствующем состоянии опытные водолазы еще способны с этим справиться, но в периоды сна — а на такую глубину не добраться, не потратив долгие дни на спуск и подъем — они то и дело просыпаются от панического ощущения удушья. И хотя военным акванавтам из НИИ-40 удалось достичь 450-метровой планки и получить заслуженные медали Героев Советского Союза, принципиально это вопроса не решило.

Новые рекорды погружения еще могут быть поставлены, но мы, видимо, подобрались к последней границе. Невыносимая плотность дыхательной смеси, с одной стороны, и нервный синдром высоких давлений — с другой, видимо, ставят окончательный предел путешествиям человека под экстремальным давлением.

ЧЕЛОВЕК ОСВАИВАЕТ ГЛУБИНЫ

Изобретение и постройка первого глубоководного автономного аппарата для погружения человека на любые океанские глубины по праву принадлежит известному швейцарскому ученому Огюсту, Динару, - В 1960 году в модернизированном батискафе «Триест» Жак Пикар и американский моряк Дон Уолт погрузились на 10 919 метров - предельную глубину Мирового океана. Во время этого рекордного погружения было установлено, что отложения в глубочайших впадинах мало чем отличаются от отложений на средних глубинах, что на самых больших глубинах существуют течения, живут рыбы и ракообразные.

Погружения на большие и предельные глубины до сих пор преследуют только научные цели и в ближайшее время не обещают какой-либо экономической выгоды.

Большое Практическое значение имеют подводные исследования континентального шельфа, его огромных биологических, минеральных и энергетических ресурсов. На небольших глубинах, в непосредственной близости к берегам, легко изучать в осваивать богатства океана.

Огромная заслуга в развитии подводной техники и методов исследования шельфа принадлежит известному французскому ученому-океанографу Жаку-Иву Кусто. С 1943 года, когда совместно с Эмилем Ганьяном он изобретает акваланг, изучение и освоение подводного мира становится делом всей его жизни.

Не раз погружаясь в батискафе, Кусто высоко оценил необыкновенные возможности автономного подводного аппарата.

Первые батискафы не годились для изучения прибрежной зоны океана, они были слишком громоздкими, имели малую скорость, плохую маневренность и высокую стоимость содержания. На малых глубинах тогда применялись привязные аппараты и подводные лодки: в Японии гидростат «Куросио», в нашей стране гидростаты типа «Север-1» и подводная лодка «Северянка», в других странах гидростаты Галеацци. Однако для исследования шельфа лужен был аппарат иного типа: с минимальным водоизмещением, автономный, достаточно быстроходный и маневренный. Такой аппарат был, построен по проекту Кусто в 1959 году. Этот своеобразный подводный автомобиль, названный впоследствии «Ныряющее блюдце», был оснащен приборами, манипулятором, фото- и кинокамерами. Он оказался незаменимым средством для изучения континентального шельфа на глубинах, недоступных легководолазам. Для транспортировки аппарата к месту погружений использовалось судно «Калипсо».

Сотни погружений в тропических морях принесли морским наукам массу новых сведений о строении дна, жизни растений и животных, о древних, погребенных морем кораблях.

«Блюдце» помогло Кусто провести опыты с подводными домами, имеющими большое значение в решении проблемы длительного пребывания и работы человека под водой.

Аналогичные эксперименты с домами-лабораториями проводились в США, Англии, СССР и других странах.

В центре подводных исследований, возглавляемом Ж.-И. Кусто, сформировалась группа высококвалифицированных специалистов новой профессии. Мастерство группы Кусто получило мировое признание. Это послужило основной причиной того, что американская фирма «Вестингауз» заключила с ней контракт на работы в Тихом океане.

Автор книги - непосредственный участник подводных исследований - увлекательно рассказывает о проблемах, которые возникли в связи с транспортировкой подводного аппарата из Франции в Калифорнию и оборудованием под базу старого судна. С необыкновенной виртуозностью гидронавты водили «Блюдце» в морских глубинах, вдоль скалистых отрогов, в лабиринтах подводных каньонов, среди водорослей и рыбьих стай. Множество примеров характеризует опыт французских специалистов в ремонте, переоборудовании, подготовке «Блюдца» к погружениям, при спуске на воду и погрузке его на судно-базу. Автор рассказывает о мужестве и находчивости гидронавтов, об их умении найти правильное решение в сложных ситуациях, неожиданно возникающих во время работ под водой, при штормовой погоде.

Инженеры и гидронавты Кусто отлично выполнили запланированные погружения. Американские океанографы погружались в морские глубины, исследовали подводные ущелья в районе Калифорнии, выясняли их происхождение, изучали процессы переноса осадков с суши в океан. Кроме геологии морского дна, американские ученые на глубинах до 300 метров исследовали шумы, электромагнитное поле, жизнь и поведение животных.

Американцы не упустили возможности изучить опыт французов в подводных исследованиях и подготовить своих гидронавтов для управления подводными аппаратами.

«Блюдце», как и любой вновь созданный аппарат, при испытаниях проявило свои достоинства и недостатки. Многие из недостатков были устранены, с некоторыми пришлось смириться. Кислорода и электроэнергии на «Блюдце» хватает всего на 4 часа, но под водой мало что можно сделать за это время. В тесном и низком помещении гидронавты могут работать только лежа, что очень неудобно и утомительно. Для всплытия надо сбрасывать балласт, небольшая скорость и ненадежность отдельных элементов затрудняют работу.

Из-за «детских болезней» «Блюдце» не пошло в серийное производство, но опыт, приобретенный во время строительства и эксплуатации его, был использован при создании второго поколения аппаратов, способных погружаться на глубину 600, 1200 и 6000 метров. Эти аппараты получили название «Дипстар».

Особенности глубоководных погружений и связанные с ними трудности хорошо известны советским инженерам и гидронавтам. Много опасностей возникает при испытании нового, еще не проверенного в действии глубоководного аппарата. Советские инженеры преодолели немало затруднений при испытании и погружениях Подводной лодки «Северянка», гидростатов «ГГ-57», буксируемого аппарата «Атлант-1» и особенно новейшего глубоководного аппарата «Север-2». Последний, как и «Блюдце», относится к самоходным автономным аппаратам. При его создании были использованы последние достижения глубоководной техники, учтены современные тенденций подводных исследований и приняты наиболее прогрессивные технические решения.

«Север-2» отличается от «Блюдца» большими размерами конструкций отдельных узлов, систем и внешним видом. В его просторном прочном корпусе размещается множество сложнейших приборов, необходимых для управления и подводных исследований. Но приборы не создают тесноты и неудобств для экипажа. Для командира, бортинженера и исследователей предназначены удобные мягкие кресла. Достаточно широкие проходы и расположение рабочих мест позволяют членам экипажа свободно перемещаться внутри корпуса, контролировать приборы и механизмы. Запасов воздуха и питания хватает на трехдневное пребывание под водой, а мощность силовой установки обеспечивает скорость около трех узлов.

В толще воды «Север-2» может передвигаться в любом направлении, ходить возле дна, неподвижно зависать на заданной глубине или ложиться на дно для длительных наблюдений. Иллюминаторы, зрительные трубы, фото- и киноаппаратура дают возможность наблюдать и фиксировать жизнь и поведение морских животных, изучать структуру морского дна. Приборы-автоматы измеряют и записывают температуру, соленость, скорость течений, химический состав и другие параметры внешней среды.

«Север-2» предназначен для комплексных океанографических и биологических исследований на глубинах до 2000 метров. Однако наличие на нем других приборов, в том числе механической руки - манипулятора и контейнера-накопителя, делает его универсальным, пригодным для геологических исследований и других подводных работ.

Для того чтобы доставлять аппарат в любой район Мирового океана, построено специальное судно-база «Одиссей». Спуско-подъемное устройство выдвигает аппарат из просторного ангара и ставит на воду или поднимает с воды на борт. На «Одиссее» есть мастерские для обслуживания и ремонта аппарата и лаборатории для первичной обработки научной информации, доставленной из глубин исследователями и приборами «Север-2». В комфортабельных жилых и служебных помещениях живут и работают члены экипажа «Одиссея», экипажи «Севера-2» и научные сотрудники.

Но как бы ни были совершенны аппараты, будь то «Север-2», трехтонное «Блюдце» или восьмитысячетонная подводная лодка типа «Трешер», океанские глубины предъявляют и к людям, и к технике свои суровые требования.

Практика показала, что безаварийность глубоководных догружений, как и рейсов самолетов и космических кораблей, зависят не только от надежности техники и мастерства экипажа, но и от четкой работы обеспечивающей группы, которая подготавливает и досконально проверяет, каждую деталь, прежде чем пустить аппарат в рискованное путешествие, а также от взаимодействия команды судна-базы и экипажа аппарата. Подводный аппарат тоже должен иметь свою «аэродромную команду», провожающую его в глубины к встречающую при всплытии. Автор не раз упоминает об этом в своей книге.

Опыт и навыки, приобретенные во время эксплуатации первых батискафов и «Блюдца», использовались при строительстве новых, более совершенных подводных аппаратов, предназначенных не только для изучения моря, но и для выполнения в его глубинах разнообразных работ. Автор рассказывает о строительстве и испытаниях новых аппаратов: «Алюмиваута», «Алвина» и «Морея», успешно работающих и сейчас.

За последние шесть лет в разных странах построено более сотни подводных аппаратов. Среди них много американских, например, ДСРВ водоизмещением 33 тонны, с глубиной погружения до 1500 метров, использующийся для спасения экипажей затонувших подводных лодок, «Дипквест» водоизмещением 50 тонн для комплексных исследований, «Бнвер-IV» с механическими руками для работы на подводных нефтепромыслах. Японские морские биологи получила аппараты «Иомиури», «Синкай», «КСВБ-300» с дизель-электрическими силовыми установками, во Франции успешно используется батискаф «Архимед», подводная лодка-лаборатория «Аржиронет» и аппараты типа «Дипстар». Аппараты и дома-лаборатории строят в применяют для всевозможных подводных работ в Англии, Канаде, Италии, Польше, ФРГ и многих других странах. По своих техническим характеристикам современные аппараты и лаборатории значительно превосходят построенные 10 лет назад. Некоторые имеют скорость 15 узлов и автономность от нескольких суток до месяца и более.

Автономность увеличивается в результате замены аккумуляторов новыми источниками энергии. В США построены аппараты с использование» топливных элементов и ядерных реакторов, среди них атомная научно-исследовательская лодка «ЦР-1» водоизмещением 400 тонн. С созданием новых малогабаритных и надежных источников энергии совершенствуются конструкции подводных аппаратов и вся океанская техника.

Современные подводные лаборатории оборудуются просторными жилыми и служебными помещениями. В ряде стран проектируют многокомнатные подводные дома, лаборатории и даже целые города. Со временем специальные аппараты будут перевозить «подводных жителей» на поверхность океана или на берег и обратно в подводные дома. Непосредственное проникновение человека в толщу гидросферы изменило не только многие представления об океанских глубинах, но и отношение к океану. Некоторые промышленные круги приступили к хозяйственному использованию подводных богатств.

Еще в 50-х годах целый ряд прибрежных государств предъявил свои претензии на владение морским дном, его недрами, имеющимися там ресурсами, открытыми и еще не известными. Возникла проблема раздела между государствами дна морей и океанов.

В 1958 году В Женеве была принята конвенция, согласно которой прибрежные государства получили суверенное право на владение морским дном, простирающимся от кромки берега до глубины 200 метров. Часть дна Мирового океана, равная по площади всей Азии, перешла в собственность отдельных государств; они приобрели единоличное право разведки и разработки естественных богатств, находящихся на поверхности и В недрах морского дна. Государствам разрешено возводить необходимые промышленные сооружения и создавать вокруг них зоны безопасности не только на шельфе, но и за его пределами, если государства располагают соответствующей подводной техникой. Национализация шельфа привела к разделу части подводной территории. По дну морей протянулись государственные границы, между некоторыми странами стали возникать пограничные споры, появляться новые проблемы международного права.

С проникновением человека на океанское дно не только изменилось отношение к глубинам, но поколебались и некоторые принципы международного морского права. Подводные аппараты, созданные для изучения океанских глубин, превращаются в средство для добыча глубоководных ресурсов и распространенна суверенных прав на прилегающие к шельфу провинции океанского дна.

Техника, позволяющая человеку жить в работать в подводном мире так же естественно и успешно, как на суше, превращает океанские глубины в зону активной хозяйственной деятельности, в источник пищевых и минеральных ресурсов.

Во многих странах на подводных землях разводят и собирают водоросли, идущие в пищу людям в на корм домашним животным, съедобных моллюсков. В Японии на подводных плантациях выращивают жемчугоносных моллюсков; 90 тонн отборных жемчужин идет на экспорт, принося доход 60 миллионов долларов в год.

В закрытых лагунах и морских вольерах разводят ценных рыб, ежегодно в открытые моря выпускают миллионы мальков, выращенных в закрытых водоемах.

С каждым годом растет добыча нефти, каменного угля, железной руды, олова и многих других полезных ископаемых со дна моря.

Развитие и увеличение рентабельности морских промыслов, окупаемость затрат на создание в эксплуатацию технических средств способствуют расширению хозяйственной деятельности людей в морских глубинах, увеличению темпов использования, богатств океана для удовлетворения растущих потребностей населения Земли.

В. И. Ленин в свое время писал, что «...техника с невероятной быстротой развивается в наши дни, и земли, непригодные сегодня, могут быть сделаны завтра пригодными, если будут найдены новые приемы... если будут произведены большие затраты капитала».

Это ленинское предвидение сбывается на ваших глазах, подводные земли становятся пригодными для хозяйственной деятельности людей.

А. Н. ДМИТРИЕВ