Urbańczyk Andrzej - OCEANONAUCI - LUDZIE GŁĘBIN.rtf

Oceanonauci przy pracy

ANDRZEJ URBAŃCZYK

OCEANONAUCI

ludzie głębin

HOMO AQUATICUS

„Prędzej czy później ludzkość osiądzie na dnie morza. Będzie to początek wielkiej inwazji. Powstaną tam mia­sta, szpitale, teatry, będą nawet zamiatacze ulic [...]”

Słowa te wypowiedział przed kilku laty Francuz Jac­ques Yves Cousteau, niestrudzony badacz i pionier dna mor­skiego, znany u nas z filmu i książki Milczący świat.

Celem podejmowanych przez niego od dawna ekspery­mentów jest udowodnienie, że człowiek może się łatwo przystosować do życia pod powierzchnią oceanów. Cousteau uważa, że skoro wody pokrywają 70% powierzchni Ziemi, mogą one w przyszłości rozwiązać problemy, które posta­wi przed nami wzrost populacji.

Zbliżająca się eksplozja demograficzna już dziś zmusza nas do skierowania zainteresowań ku oceanom i ich dnom w poszukiwaniu żywności, surowców i paliw.

Cousteau — oceanograf, nurek i współkonstruktor po­wietrznego aparatu oddechowego o nazwie akwalung* po­święcił wiele lat pracy na urzeczywistnienie idei, która na­wet dziś, kiedy została częściowo zrealizowana, wydaje się czymś fantastycznym, niemal nieprawdopodobnym.

Idea ta to chęć stworzenia człowiekowi możliwości dłu­gotrwałego przebywania pod powierzchnią wód, które mo­gą stanowić stałe środowisko życiowe oraz źródło pożywie­nia i energii. Zdaniem Cousteau człowiek może łatwo przy­stosować się do życia w środowisku wodnym, które jest przecież jego praśrodowiskiem, w którym wegetował przez miliony lat podczas pierwszych faz swego rozwoju ewolu­cyjnego.

Niezmierzone zasoby pokarmowe mórz sprawią — jak przewiduje Cousteau — iż zwiększająca się wciąż liczba mieszkańców naszej planety w poszukiwaniu nowych tery­toriów skieruje się ku morzom i oceanom, tworząc nowy typ człowieka: homo aąuattcus — człowiek wodny. Nie cho­dzi tu bynajmniej o człowieka żyjącego na dnie mórz w zamkniętych pomieszczeniach typu batysfery, ale o istotę przystosowaną do przebywania w środowisku morskim na podobieństwo ssaków wodnych.

Taka perspektywa, aczkolwiek wydaje się dzisiaj więcej niż fantastyczna, ma pewne analogie. Około 50 milionów lat temu część żyjących na lądzie ssaków powróciła w głę­biny wód przestawiając się na wodny tryb życia. Do dzi­siaj przetrwali ich następcy — wieloryby, foki, morsy i inne.

Mimo iż organizm nasz jest typowo lądowy, związek człowieka ze środowiskiem wodnym utrzymuje się nadal. Ciśnienie osmotyczne naszych organizmów jest w przybliże­niu równe ciśnieniu osmotycznemu wód oceanicznych, bo­wiem stężenie i wzajemne proporcje jonów sodowych, pota­sowych i wapniowych są w naszym organizmie .takie same, jak w wodzie mórz i oceanów. Jest to „pamiątka” po pra­przodkach wegetujących w głębinach.

Istnieje zatem możliwość, że postęp nauki pozwoli czło- wiekowi-oceanonaucie powrócić w głębiny morskie, z któ­rych bierze początek jego rodowód. Jeżeli tak jest istotnie, to — jak pisze Cousteau — stoimy w obliczu zbliżania się nowej ery. Wówczas ludzkość, zstąpiwszy w wody mórz, rozpocznie nowe życie, wspominając okres pobytu na lą­dach jako „dziecięcą chorobę” swego rozwoju. Jest jednak bardziej prawdopodobne, że przenikając w głębiny wód, człowiek nie porzuci swych lądowych siedzib, opanowując jedynie nową, niedostępną dotychczas część naszej Ziemi, stając się w ten sposób w pełni godnym miana gospodarza planety nie mającej już dla niego ani niedostępnych tere­nów, ani tajemniczych zjawisk.

Niektórzy uważają, że środowisko podwodne stanowi ob­szar, którego opanowanie nastręcza więcej trudności niż podbój przestrzeni kosmicznej. Jest w tym sporo racji. Za­nurzający się nawet na niewielką głębokość człowiek po­grąża się w nieprzeniknionej ciemności, którą najsilniejsze reflektory rozpraszają zaledwie na kilkadziesiąt metrów. Specyficzne właściwości wody morskiej ograniczają rozcho­dzenie się fal radiowych i jedynie długie fale radiowe do­cierają na głębokość 100 m. Chłód, mrok i wzrastające w miarę zanurzania się ciśnienie sprawiają, że świat głę­bin morskich stanowi dla człowieka środowisko wrogie i ponure.

Pobyt człowieka w przestrzeni kosmicznej czy w środo­wisku podwodnym wymaga przede wszystkim zapewnienia mu odpowiednich ilości substancji oddechowych /miesza-' niny tlenu i azotu lub helu/ i niezbędnych warunków ter­micznych oraz urządzeń gwarantujących bezpieczny powrót na powierzchnię Ziemi.

Entuzjaści badań głębinowych domagają się większego zainteresowania możliwością eksploatacji oceanów, żądając wysokich dotacji. Powołują się oni na fakt, że na badania przestrzeni kosmicznej przeznacza się olbrzymie sumy /np. USA przeznaczają na ten cel 7 miliardów dolarów rocznie/

• Nie sposób «odmówić im racji. Dna oceanów zawierają bogate złoża mineralne, nieprzebrane zapasy żywności, pa­liw oraz — co nie jest wykluczone — stanowić mogą w przyszłości obszary zdolne rozwiązać problemy eksplo­zji demograficznej.

FIZJOLOGIA NURKOWANIA

Zanim wraz z oceanonautami wyruszymy poznawać

i              podbijać świat oceanicznych głębin, zapoznajmy się z ele­mentarnymi wiadomościami na temat warunków panują­cych w „świecie milczenia".

Ryby i niektóre inne zwierzęta wodne wykorzystują do

oddychania tlen rozpuszczony w wodzie, przyswajając go za pomocą skrzeli. Człowiek, istota żyjąca w środowisku po­wietrznym, schodząc do podwodnego świata musi zaopatry­wać się w tlen z zewnątrz.

Zanurzające się w wodzie ciało człowieka poddawane jest stopniowo wzrastającemu ciśnieniu. W wypadku słodkiej wody ciśnienie wzrasta o 1 atmosferę na każde 10 m zanu­rzenia. Przykładowo: na każdy cm2 ciała nurka, który znaj­duje się na głębokości 20 m, działa dodatkowa siła 2,0 kG. Powierzchnia ciała dorosłego człowieka wynosi około 1,5 ms, a zatem całkowite parcie na ciało wywierane przez warstwę wody wynosi w tym wypadku 30 ton.

Czemu należy zawdzięczać, że organizm ludzki znosi bez­karnie tak olbrzymie ciśnienie? Przede wszystkim temu, że ciśnienie to jest rozłożone równomiernie na całej jego powierzchni oraz że organizm przeciwstawia się mu przez wyrównanie różnicy ciśnień. Praktycznie nieściśliwe płyny fizjologiczne doprowadzają do szybkiej kompensacji wystę­pujących ciśnień, a powietrze zawarte w płucach zostaje sprężone do ciśnienia panującego w otoczeniu. Zostają więc usunięte siły mogące wywołać trwałe odkształcenia. Dolna

granica zanurzenia organizmu człowieka nurkującego /. za­trzymanym oddechem wynosi około 60 m. Na głębokościach większych konieczne jest już doprowadzenie dodatkowych porcji sprężonego powietrza.

Zapas powietrza, jaki zgromadzić może w swoim ciele człowiek, wynosi około 5000 cm3. Ilość ta pozwala na wstrzymanie oddychania przez kilkadziesiąt sekund, w za­leżności od warunków oraz indywidualnych cech fizjolo­gicznych. Czas ten może być wielokrotnie zwiększony przez natlenienie organizmu w wyniku intensywnego oddycha­nia przed powstrzymaniem oddechu.

Normalnie człowiek zużywa 6-25 litrów powietrza na mi­nutę, zależnie od wykonywanych czynności. Jednak w mia­rę zanurzania się w wodzie zużycie to nieustannie wzra­sta, gdyż człowiek oddycha powietrzem sprężonym do ciś­nienia otaczającej go wody. Prawidłowość tę określa równa­nie izotermy. Dla przykładu: zapas powietrza, który wy­starcza na powierzchni do oddychania w ciągu 1 godziny, nurkowi na głębokości 10 m wystarczy na pobyt 30-minu- towy, zaś na głębokości 30 m — zaledwie na 15 minut. Pomija się tu wpływ czynników ubocznych, jak zmęczenie, temperatura i wrażenia psychiczne.

Opuszczając się w głąb wody ciało nurka doznaje syste­matycznie wzrastającego nacisku otaczającej go cieczy, co powoduje wzrost ciśnienia we wnętrzu jego organizmu. Ten wzrost ciśnienia wewnętrznego chroni organizm przed siła­mi odkształcającymi. Wzrost ciśnienia wewnętrznego obej­muje również płyny fizjologiczne zawarte w ciele nurka, a między innymi krew. Podczas oddychania na powierzchni powietrze składające śię z około 78u/o azotu, 21°/o tlenu i 1% innych składników po wprowadzeniu do płuc zmienia swój skład w sposób następujący: 4,5°/o tlenu zostaje prze­prowadzone do krwi, w której zostaje on związany chemicz­nie przez hemoglobinę w oksyhemoglobinę, jednocześnie krew oddaje przez płuca około 4% dwutlenku węgla po­wstałego wskutek spalania odbywającego się w organizmie

kosztem doprowadzonego tlenu. Azot, jako gaz obojętny, zostaje wydalony w nie zmienionej ilości.

Sytuacja zmienia się radykalnie, gdy oddychanie odbywa się pod zwiększonym ciśnieniem. Ze wzrostem ciśnienia zwiększa się bowiem rozpuszczalność gazów w cieczach, a zatem i we krwi. Następuje gromadzenie się we krwi azotu, który poza oddziaływaniem na psychikę nurka nie jest bezpośrednio dla niego niebezpieczny. W takiej sytuacji nurek z punktu widzenia fizyki przypomina butelkę z wodą sodową — jak to określił francuski profesor Lercy de Meri- cout. Jeśli nurek wynurzy się gwałtownie obniżając ciśnie­nie wnętrza organizmu, a tym samym zmieniając rozpusz­czalność azotu we krwi, nadmiar gazu wydzieli się w po­staci banieczek spieniając krew na podobieństwo otworzo­nej butelki z wodą sodową.

Wypadki takie zdarzają się zawsze, gdy z jakichkolwiek przyczyn wynurzenie nurka odbywa się zbyt szybko. Na­stępuje wówczas „paraliż nurkowy” objawiający się boles­nym bezwładem kończyn, krwotokami wewnętrznymi, a na­wet powodujący zgoh, jeśli serce nie jest w stanie przetło- czyć przez naczynia włoskowate spienionej krwi. Aby nie dopuścić do tego, wynurzanie się nurka odbywa się powoli, z przerwami, podczas których wykonuje on ćwiczenia gim­nastyczne w celu przyspieszenia krążenia krwi i stopnio­wego usunięcia azotu przez płuca. Jest to tzw. dekompresja.

Powrót z głębokości 60 m, stanowiącej dolną granicę pra­cy nurków klasycznych2 wymaga następującego czasu de­kompresji:

po pobycie 20-minutowym 40 min. dekompresji; po pobycie 30-minutowym 90 min. z siedmioma przer­wami;

po pobycie 60-minutowym 240 min. z ośmioma przer­wami.

Z przytoczonych przykładów widać, że im dłużej nurek przebywa w zanurzeniu, tym więcej czasu potrzebuje na dekompresję. Również w miarę zwiększania głębokości wzrasta czas dekompresji.

Zdarza się jednak czasem, że zachodzi konieczność na­tychmiastowego wydobycia nurka pracującego na znacznej głębokości, np. gdy następuje awaria aparatury. Dekompre­sji dokonuje się wówczas już po wynurzeniu, W komorze de­kompresyjnej. Jest to stalowy cylinder ze szczelnym wła­zem, w którego wnętrze wkłada się nurka. W cięższych przypadkach nurkowi towarzyszy lekarz. Po zatrzaśnięciu włazu do komory tłoczy się powietrze aż do uzyskania ciś­nienia odpowiadającego ciśnieniu panującemu na głęboko­ści, na jakiej pracował nurek. Komora zaopatrzona jest w telefon, okienka obserwacyjne oraz śluzy ciśnieniowe służące do podawania żywności i leków. Stopniowo obniża się ciśnienie, co umożliwia powolne usunięcie azotu z krwi nurka.

Przenikanie azotu do krwi kryje jeszcze dodatkowe nie­bezpieczeństwo. Podczas głębokiego nurkowania nieszkodli­wy, obojętny W normalnych warunkach dla organizmu azot zaczyna oddziaływać na psychikę nurka. Na głębokości około 60 m występuje „narkoza azotowa” podobna pod pew­nymi względami do oszołomienia wywołanego przez alko­hol. Ogarnięty narkozą azotową nurek traci poczucie rze­czywistości i logicznego kojarzenia. Oddziaływanie to było zapewne przyczyną śmierci wielu nurków podczas prób rekordowych zanurzeń.

Z tej przyczyny zawartość azotu jest zmniejszana lub całkowicie eliminowana ze składu mieszanek stosowanych do głębokich nurkowań. Zastępuje się go helem — gazem całkowicie obojętnym, nie wchodzącym w reakcje che­miczne.              * ’lj Bardzo trudne warunki pracy i związane z nią niebez-

9

pieczeństwa stawiają nurkom szczególne wymagania zdro­wotne. Tak więc wyklucza się ludzi tęgich, nałogowych pa­laczy oraz nadużywających alkoholu. Zawód nurka jest nie­dostępny dla cierpiących na najmniejsze nawet zaburzenia psychiczne. Serce, płuca, wzrok, słuch i zmysł równowagi muszą być w stanie idealnym. Wiek nurka nie powinien przekraczać 40 lat.

NURKUJEMY OD TYSIĘCY LAT

Pragnienie poznania tajemnic ukrytych w głębinach mórz jest tak stare, jak historia naszej cywilizacji. Od niepa­miętnych czasów człowiek spoglądał w wodę z zamiarem zgłębienia jej niezliczonych zagadek. Nęciła go chęć po­znania, paliła żądza wydarcia nieprzebranych skarbów.

Penetracja człowieka w otaczającą go przestrzeń odbywa się w sposób nierównomierny, regulowany właściwościami fizycznymi poszczególnych ośrodków. Przestrzenie po­wietrzne zostały już gruntownie poznane dzięki balonom, samolotom, rakietom i sztucznym satelitom ziemi. Wnętrze naszej planety pozostaje natomiast ciągle jeszcze nie zbada­ne, zaś trzeci ośrodek — wody wszechoceanu są aktualnie intensywnie penetrowane za pomocą przyrządów, z których niektóre pozwalają docierać nawet do największych głę­bokości.

Historia podboju głębin liczy wiele tysięcy lat. Umiejęt­ność nurkowania rozwinęła się szczególnie nad ciepłym Mo­rzem Śródziemnym. Anegdota mówi, że Kleopatra miała tak zręcznych nurków, iż ci, gdy chciała przychylnie nastav wić Cezara, zakładali niepostrzeżenie ryby na haczyk jego wędki, kiedy z zapałem oddawał się połowom. Gdy jednak Cezar zaczął zbytnio przechwalać się swymi sukcesami ry­backimi, ku swemu zdumieniu wyłowił rybę wędzoną...

Pierwsze rysunki i wzmianki opisujące sposoby zanu­rzania się w wodzie podaje Arystoteles. Mimo iż wiele jego poglądów było błędnych, należy mu przyznać, iż był pierw­

szym, który stwierdził, że podczas przebywania pod wodą jest niezbędne oddychanie powietrzem z powierzchni, zaś śmierć przez utonięcie jest spowodowana jego brakiem. Od Arystotelesa pochodzi również pierwszy opis dzwonu do nurkowania. Jednak prymitywność jego budowy nie daje podstaw do twierdzenia, że tego rodzaju urządzenie było wówczas stosowane.

Dalsze informacje na temat długotrwałego przebywania pod wodą podaje Vegetius w dziele De re militari z 1553 ro­ku, w którym przedstawia nurka zaopatrzonego w skórzany kaftan osłaniający głowę i górną część korpusu. Kaftan po­łączony jest z powierzchnią wąską rurą wykonaną również ze skóry.

Pierwsze realne opisy dzwonu nurkowego podaje książka Technica curiosa z 1664 roku. Znajdujące się tam rysunki nie wskazują jednak, by dzwon ten był kiedykolwiek sto­sowany. To samo można powiedzieć o skomplikowanej maszynie z dzieła Le fortificationi wydanego w 1609 roku. Pierwszym urządzeniem spełniającym stawiane wymagania był dzwon konstrukcji Halleya, wykonany z grubych de­sek, zaopatrzony w okno i system wentylacyjny.

Dzwon Halleya pozwalał na dotarcie do głębokości ponad 20 m. Używano go po raz pierwszy w 1798 roku do prac wydobywczych. Również z XVIII wieku pochodzi pierwszy skafander ciśnieniowy zasilany powietrzem, które tłoczono z powierzchni za pomocą miecha przez system zaworów.

Pośrednio od tego pierwowzoru wywodzą się wszystkie dzisiejsze skafandry pozwalające nurkowi na dotarcie do głębokości 100 m. Obecnie stosuje jsię też specjalne skafan­dry odporne na ciśnienie, dające możność pogrążenia się do głębokości 200 m.

Praca nurka zawiera duże ryzyko. Awaria aparatury mo­gąca w każdej chwili pozbawić go dopływu powietrza oraz niebezpieczeństwa kryjące się w zatopionych wrakach sta­nowią poważne zagrożenie dla życia nurka. Szczególnie groźny może być dla nurka gwałtowny spadek w dół. Na-

tychmiastowy wzrost ciś­nienia otaczających go wód powoduje wówczas, że zanim pompa rozpocz­nie tłoczenie zwiększa­nych porcji powietrza, mających równoważyć wzrost ciśnienia, następu- tcj je zgniecenie ciała nurka. W wypadkach takich siły nacisku wgniatają część ciała do metalowego heł­mu, który ze względu na swą sztywną budowę nie ulega odkształceniom pód wpływem sił zewnętrz-

i              nych.

Osobny problem to za­grożenie ze strony zwierząt morskich, szczególnie ryb i gło- wonogów. Spotkania z nimi kończyły się często tragicznie, jednak niebezpieczeństwo to jest na ogół przeceniane. Współczesna technika wyposażyła nurka w skuteczne za­bezpieczenia przed agresywnością mieszkańców wód. Uży­wa się w tym celu specjalnych metalowych klatek ochron­nych, niekiedy o bardzo delikatnej konstrukcji, gdyż ochro­na za ich pomocą polega głównie na psychologicznym*od- działywaniu na zwierzęta. Prócz klatek stosowane są kusze wyrzucające strzały za pomocą naciągów lub sprężonego powietrza.

Na kilka lat przed wybuchem drugiej wojny światowej Francuz Corlieu wpadł na pomysł zaopatrzenia nóg pły­waków w gumowe płetwy, dzięki którym prędkość płyną­cego znacznie się zwiększyła. Tak rozpoczęła się błyskawicz­na kariera „ludzi-żab”. Zaczęło się od sportowych zawodów, a już po kilku latach wylatywały w powietrze alianckie okręty podminowane przez faszystowskich płetwonurków.

Ale nie wybiegajmy naprzód. W tym samym czasie, gdy gumowe płetwy robiły furorę wśród rzesz pływaków, młody Austriak Hans Hass zaopatrzony w gumowe płetwy i wo­doszczelne okulary, jakich używają poławiacze pereł, roz­począł podbój podwodnego świata.

Wodoszczelne okulary pozwoliły Hassowi obserwować piękno ukryte w głębinie mórz, które później opisał z wiel­kim realizmem. Hass łowił też ryby, fotografował i filmo­wał. Okazało się, że człowiek nurkujący swobodnie ma wielką przewagę nad niezgrabnym, z trudem poruszają­cym się w ciężkim ubiorze nurkiem klasycznym. Mimo iż nurkujący z zatrzymanym oddechem może przebywać pod wodą zaledwie 2—3 minut, potrafi w tym czasie zrobić zdję­cia, przeprowadzić drobne prace lub pomiary, a nawet do­trzeć do głębokości kilkudziesięciu metrów.

Nurkowaniem swobodnym zaczęło się interesować coraz więcej ludzi. Wybuch drugiej wojny światowej bynajmniej nie przerwał rozwoju nurkowania swobodnego. Przeciwnie, fachowcy wojskowi szybko zorientowali się w możliwoś­ciach płetwonurków. Wyprodukowano aparaty tlenowe*, pozwalające na przebywanie pod wodą w ciągu znacznego czasu, i różnorodny sprzęt pomocniczy. Z dużym powodze­niem płetwonurkowie brali udział w wielu akcjach.

Po zak...