Formas de sumergirse en el océano. Exploración de aguas profundas

Hay muchos más lugares en la Tierra de los que sabemos menos que las vastas extensiones del espacio. Estamos hablando principalmente de profundidades de agua inexpugnables. Según los científicos, la ciencia aún no ha comenzado a estudiar la misteriosa vida en el fondo de los océanos; toda investigación se sitúa en el comienzo del viaje.

Año tras año hay cada vez más temerarios que están dispuestos a realizar una nueva inmersión récord en aguas profundas. En el material presentado me gustaría hablar de nadar sin equipo, con equipo de buceo y con la ayuda de batiscafos, que han pasado a la historia.

La inmersión humana más profunda

Durante mucho tiempo, el atleta francés Loïc Leferme ostentó el récord de buceo en apnea. En 2002 logró realizar una inmersión en aguas profundas a 162 metros. Muchos buceadores intentaron mejorar este indicador, pero murieron en las profundidades del mar. En 2004, el propio Leferm fue víctima de su propia vanidad. Durante un entrenamiento de natación en la fosa oceánica de Villefranche-sur-Mer, se sumergió a 171 metros. Sin embargo, el deportista no logró salir a la superficie.

El último récord de inmersión en aguas profundas lo realizó el apneista austriaco Herbert Nitzsch. Logró descender a 214 metros sin tanque de oxígeno. Así, el logro de Loïc Leferme es cosa del pasado.

Récord de buceo en aguas profundas para mujeres

La atleta francesa Audrey Mestre estableció varios récords entre las mujeres. El 29 de mayo de 1997, se sumergió hasta 80 metros con una sola respiración, sin tanque de aire. Un año después, Audrey batió su propio récord al descender 115 metros a las profundidades del mar. En 2001, el atleta se sumergió hasta 130 metros. Este récord, que tiene estatus mundial entre las mujeres, se le atribuye a Audrey hasta el día de hoy.

El 12 de octubre de 2002, Mestre hizo su último intento en la vida, buceando sin equipo a 171 metros de la costa de República Dominicana. El deportista utilizó sólo una carga especial, sin bombonas de oxígeno. El levantamiento se realizaría mediante una cúpula de aire. Sin embargo, este último resultó estar vacío. Ocho minutos después de que comenzara la inmersión en aguas profundas, los buzos sacaron el cuerpo de Audrey a la superficie. La causa oficial de la muerte del atleta fue señalada como problemas con el equipo para subir a la superficie.

Registro de buceo

Ahora hablemos del buceo en aguas profundas. El más significativo de ellos lo realizó el saltador francés Pascal Bernabé. En el verano de 2005 logró descender 330 metros a las profundidades del mar. Aunque inicialmente estaba previsto conquistar una profundidad de 320 metros. Un récord tan significativo se logró gracias a un pequeño incidente. Durante el descenso, la cuerda de Pascal se estiró, lo que le permitió nadar 10 metros más de profundidad.

El buzo logró subir con éxito a la superficie. El ascenso duró unas largas 9 horas. La razón de un aumento tan lento fue el alto riesgo de desarrollo, que podría provocar un paro respiratorio y daños a los vasos sanguíneos. Vale la pena señalar que para establecer el récord, Pascal Bernabé tuvo que pasar 3 años completos en constante entrenamiento.

Grabar inmersión en un sumergible

El 23 de enero de 1960, los científicos Donald Walsh y Jacques Piccard establecieron un récord de inmersión hasta el fondo del océano en un vehículo tripulado. A bordo del pequeño submarino Trieste, los investigadores alcanzaron el fondo a una profundidad de 10.898 metros.

La inmersión más profunda en un sumergible tripulado se logró gracias a la construcción del Deepsea Challenger, que llevó a los diseñadores 8 largos años. Este minisubmarino es una cápsula aerodinámica que pesa más de 10 toneladas y tiene un espesor de pared de 6,4 cm. Cabe destacar que antes de su puesta en funcionamiento, el batiscafo fue probado varias veces con una presión de 1160 atmósferas, superior a la presión que se suponía afectaría las paredes del dispositivo en el fondo del océano.

En 2012, el famoso director de cine estadounidense James Cameron, pilotando el minisubmarino Deepsea Challenger, superó el récord anterior establecido por el aparato de Trieste e incluso lo mejoró sumergiéndose 11 km en la fosa Mariinsky.

Vivimos en un planeta de agua, pero conocemos los océanos de la Tierra menos que algunos cuerpos cósmicos. Más de la mitad de la superficie de Marte ha sido cartografiada con una resolución de unos 20 m, y sólo entre el 10 y el 15% del fondo del océano ha sido estudiado con una resolución de al menos 100 m. 12 personas han estado en la Luna, tres Han estado en el fondo de la Fosa de las Marianas, y ninguno se atrevió a asomar la nariz por los pesados ​​batiscafos.

Vamos a sumergirnos

La principal dificultad en el desarrollo del Océano Mundial es la presión: por cada 10 m de profundidad aumenta en otra atmósfera. Cuando la cuenta llega a miles de metros y cientos de atmósferas, todo cambia. Los líquidos fluyen de manera diferente, los gases se comportan de manera inusual... Los dispositivos capaces de soportar estas condiciones siguen siendo productos fragmentados, e incluso los submarinos más modernos no están diseñados para tal presión. La profundidad máxima de inmersión de los últimos submarinos nucleares del Proyecto 955 Borei es de sólo 480 m.

Los buceadores que descienden cientos de metros son llamados respetuosamente acuanautas, comparándolos con los exploradores espaciales. Pero el abismo de los mares es, a su manera, más peligroso que el vacío del espacio. Si algo sucede, la tripulación que trabaja en la ISS podrá trasladarse al barco atracado y en unas horas estará en la superficie de la Tierra. Esta ruta está cerrada a los buceadores: la evacuación de las profundidades puede llevar semanas. Y este plazo no puede acortarse bajo ningún concepto.

Sin embargo, existe una ruta alternativa hacia la profundidad. En lugar de crear cascos cada vez más duraderos, puedes enviar allí... buzos vivos. El récord de presión soportado por los probadores en el laboratorio es casi el doble de la capacidad de los submarinos. No hay nada increíble aquí: las células de todos los organismos vivos están llenas de la misma agua, que transfiere libremente la presión en todas direcciones.

Las células no resisten la columna de agua, como los cascos sólidos de los submarinos, sino que compensan la presión externa con la interna. No es de extrañar que los habitantes de los “fumadores negros”, incluidos los gusanos redondos y los camarones, prosperen a muchos kilómetros de profundidad en el fondo del océano. Algunos tipos de bacterias pueden resistir bastante bien incluso miles de atmósferas. El hombre aquí no es una excepción; la única diferencia es que necesita aire.

Debajo de la superficie

Oxígeno Los mohicanos de Fenimore Cooper conocían los tubos respiratorios hechos de caña. Hoy en día, los tallos huecos de las plantas han sido sustituidos por tubos de plástico, “de forma anatómica” y con boquillas cómodas. Sin embargo, esto no los hizo más efectivos: las leyes de la física y la biología interfieren.

Ya a un metro de profundidad, la presión sobre el pecho aumenta a 1,1 atm; se añaden 0,1 atm de columna de agua al aire. Respirar aquí requiere un esfuerzo notable de los músculos intercostales, y solo los atletas entrenados pueden hacer frente a esto. Al mismo tiempo, incluso su fuerza no durará mucho y a un máximo de 4-5 m de profundidad, y los principiantes tienen dificultad para respirar incluso a medio metro. Además, cuanto más largo es el tubo, más aire contiene. El volumen corriente "de trabajo" de los pulmones es en promedio de 500 ml y, después de cada exhalación, parte del aire de escape permanece en el tubo. Cada respiración aporta menos oxígeno y más dióxido de carbono.

Se requiere ventilación forzada para suministrar aire fresco. Al bombear gas a mayor presión, puede facilitar el trabajo de los músculos del pecho. Este enfoque se ha utilizado durante más de un siglo. Las bombas manuales son conocidas por los buceadores desde el siglo XVII y, a mediados del siglo XIX, los constructores ingleses que erigieron los cimientos submarinos para los soportes de los puentes ya trabajaron durante mucho tiempo en una atmósfera de aire comprimido. Para el trabajo se utilizaron cámaras submarinas de paredes gruesas y fondo abierto, en las que se mantenía una alta presión. Es decir, cajones.

Más de 10 m de profundidad

Nitrógeno Durante el trabajo en los propios cajones no surgieron problemas. Pero al regresar a la superficie, los trabajadores de la construcción a menudo desarrollaban síntomas que los fisiólogos franceses Paul y Vattel describieron en 1854 como On ne paie qu'en sortant - "revancha en la salida". Podría ser una picazón intensa en la piel o mareos, dolor en las articulaciones y músculos. En los casos más graves, se desarrolló parálisis, se produjo pérdida del conocimiento y luego la muerte.

Para llegar a las profundidades sin dificultades asociadas con la presión extrema, puede utilizar trajes espaciales resistentes. Se trata de sistemas extremadamente complejos que pueden soportar una inmersión de cientos de metros y mantener una presión confortable de 1 atm en su interior. Es cierto que son muy caros: por ejemplo, el precio de un traje espacial recientemente presentado por la empresa canadiense Nuytco Research Ltd. EXOSUIT cuesta alrededor de un millón de dólares.

El problema es que la cantidad de gas disuelto en un líquido depende directamente de la presión sobre él. Esto también se aplica al aire, que contiene aproximadamente un 21% de oxígeno y un 78% de nitrógeno (otros gases (dióxido de carbono, neón, helio, metano, hidrógeno, etc.) pueden despreciarse: su contenido no supera el 1%). Si el oxígeno se absorbe rápidamente, el nitrógeno simplemente satura la sangre y otros tejidos: con un aumento de presión de 1 atm, 1 litro adicional de nitrógeno se disuelve en el cuerpo.

Con una rápida disminución de la presión, el exceso de gas comienza a liberarse rápidamente, a veces formando espuma, como una botella de champán abierta. Las ampollas resultantes pueden deformar físicamente los tejidos, bloquear los vasos sanguíneos y privarlos de su suministro de sangre, lo que provoca una amplia variedad de síntomas y, a menudo, graves. Afortunadamente, los fisiólogos descubrieron este mecanismo con bastante rapidez, y ya en la década de 1890, la enfermedad por descompresión se podía prevenir mediante una disminución gradual y cuidadosa de la presión a la normalidad, de modo que el nitrógeno abandone el cuerpo gradualmente y la sangre y otros fluidos no "hiervan". ".

A principios del siglo XX, el investigador inglés John Haldane compiló tablas detalladas con recomendaciones sobre los modos óptimos de descenso y ascenso, compresión y descompresión. A través de experimentos con animales y luego con personas, incluidos él mismo y sus seres queridos, Haldane descubrió que la profundidad máxima segura sin necesidad de descompresión era de unos 10 m, e incluso menos para una inmersión larga. El regreso desde las profundidades debe hacerse de forma gradual y lenta para que el nitrógeno tenga tiempo de liberarse, pero es mejor descender bastante rápido, reduciendo el tiempo que tarda el exceso de gas en entrar en los tejidos del cuerpo. Se revelaron a la gente nuevos límites de profundidad.

Más de 40 m de profundidad

Helio La lucha contra la profundidad es como una carrera armamentista. Habiendo encontrado una manera de superar el siguiente obstáculo, la gente dio algunos pasos más y se encontró con un nuevo obstáculo. Entonces, después de la enfermedad por descompresión, apareció un flagelo que los buzos llaman casi con cariño "ardilla de nitrógeno". El hecho es que en condiciones hiperbáricas este gas inerte comienza a actuar no peor que el alcohol fuerte. En la década de 1940, otro John Haldane, hijo de “el indicado”, estudió el efecto intoxicante del nitrógeno. Los peligrosos experimentos de su padre no le molestaron en absoluto y continuó con duros experimentos consigo mismo y con sus colegas. "Uno de nuestros sujetos sufrió una rotura pulmonar", escribió el científico en la revista, "pero ahora se está recuperando".

A pesar de todos los estudios, el mecanismo de la intoxicación por nitrógeno no se ha establecido en detalle; sin embargo, lo mismo puede decirse del efecto del alcohol común. Ambos interrumpen la transmisión normal de señales en las sinapsis de las células nerviosas y quizás incluso cambien la permeabilidad de las membranas celulares, convirtiendo los procesos de intercambio iónico en las superficies de las neuronas en un caos total. Exteriormente, ambos se manifiestan de manera similar. Un buzo que “atrapó una ardilla de nitrógeno” pierde el control de sí mismo. Puede que entre en pánico y corte las mangueras o, por el contrario, se deje llevar por contar chistes a un banco de alegres tiburones.

Otros gases inertes también tienen un efecto narcótico y cuanto más pesadas son sus moléculas, menos presión se necesita para que se manifieste este efecto. Por ejemplo, el xenón anestesia en condiciones normales, pero el argón más ligero sólo anestesia en varias atmósferas. Sin embargo, estas manifestaciones son profundamente individuales y algunas personas, al bucear, sienten la intoxicación por nitrógeno mucho antes que otras.

Puede deshacerse del efecto anestésico del nitrógeno reduciendo su ingesta en el cuerpo. Así es como funcionan las mezclas respiratorias de nitrox, que contienen una proporción mayor (a veces hasta un 36%) de oxígeno y, en consecuencia, una cantidad reducida de nitrógeno. Sería aún más tentador cambiar al oxígeno puro. Después de todo, esto permitiría cuadruplicar el volumen de los cilindros respiratorios o cuadriplicar el tiempo de trabajo con ellos. Sin embargo, el oxígeno es un elemento activo y, con una inhalación prolongada, es tóxico, especialmente bajo presión.

El oxígeno puro provoca intoxicación y euforia y provoca daños en las membranas de las células del tracto respiratorio. Al mismo tiempo, la falta de hemoglobina libre (reducida) dificulta la eliminación del dióxido de carbono, provoca hipercapnia y acidosis metabólica, lo que desencadena reacciones fisiológicas de hipoxia. Una persona se asfixia, a pesar de que su cuerpo tiene suficiente oxígeno. Como estableció el mismo Haldane Jr., incluso a una presión de 7 atm, se puede respirar oxígeno puro durante no más de unos minutos, después de lo cual comienzan los trastornos respiratorios, las convulsiones, todo lo que en la jerga del buceo se llama la palabra corta "apagón". .

Respiración liquida

Una solución todavía semifantástica para conquistar la profundidad es utilizar sustancias que en lugar de aire puedan encargarse del suministro de gases, como por ejemplo el sustituto del plasma sanguíneo perftoran. En teoría, los pulmones se pueden llenar con este líquido azulado y, saturándolo con oxígeno, bombearlo a través de bombas, permitiendo respirar sin ninguna mezcla de gases. Sin embargo, este método sigue siendo profundamente experimental; muchos expertos lo consideran un callejón sin salida y, por ejemplo, en Estados Unidos el uso de perftoran está oficialmente prohibido.

Por lo tanto, la presión parcial de oxígeno al respirar en profundidad se mantiene incluso más baja de lo habitual y el nitrógeno se reemplaza por un gas seguro y no eufórico. El hidrógeno ligero sería más adecuado que otros, si no fuera por su explosividad cuando se mezcla con oxígeno. Como resultado, el hidrógeno rara vez se utiliza y el segundo gas más ligero, el helio, se ha convertido en un sustituto común del nitrógeno en la mezcla. Sobre esta base, se producen mezclas respiratorias de oxígeno-helio u oxígeno-helio-nitrógeno: helioxes y trimixes.

Más de 80 m de profundidad

Mezclas complejas Vale la pena decir aquí que la compresión y descompresión a presiones de decenas y cientos de atmósferas lleva mucho tiempo. Hasta tal punto que esto hace que el trabajo de los buzos industriales, por ejemplo en el mantenimiento de plataformas petrolíferas marinas, sea ineficaz. El tiempo que se pasa en profundidad se vuelve mucho más corto que el de los largos descensos y ascensos. Ya media hora a 60 m equivale a más de una hora de descompresión. Después de media hora a 160 m, el regreso tardará más de 25 horas y, sin embargo, los buceadores tendrán que descender más.

Por eso, desde hace varias décadas se utilizan cámaras de presión en aguas profundas para estos fines. A veces la gente vive en ellos durante semanas enteras, trabaja por turnos y hace excursiones al exterior a través de la esclusa de aire: la presión de la mezcla respiratoria en la "vivienda" se mantiene igual a la presión del medio acuático circundante. Y aunque la descompresión al ascender desde 100 m lleva unos cuatro días, y desde 300 m, más de una semana, un período decente de trabajo en profundidad hace que estas pérdidas de tiempo estén completamente justificadas.

Desde mediados del siglo XX se han desarrollado métodos para la exposición prolongada a ambientes de alta presión. Los grandes complejos hiperbáricos permitieron crear la presión requerida en condiciones de laboratorio, y los valientes probadores de esa época establecieron un récord tras otro, moviéndose gradualmente hacia el mar. En 1962, Robert Stenuis pasó 26 horas a una profundidad de 61 m, convirtiéndose en el primer acuanauta, y tres años después, seis franceses, respirando trimix, vivieron a una profundidad de 100 m durante casi tres semanas.

Aquí comenzaron a surgir nuevos problemas asociados con la larga estancia de las personas en aislamiento y en un entorno debilitante e incómodo. Debido a la alta conductividad térmica del helio, los buzos pierden calor con cada exhalación de la mezcla de gases, y en su "hogar" tienen que mantener una atmósfera constantemente caliente, alrededor de 30 ° C, y el agua crea una alta humedad. Además, la baja densidad del helio cambia el timbre de la voz, complicando seriamente la comunicación. Pero ni siquiera todas estas dificultades juntas pondrían un límite a nuestras aventuras en el mundo hiperbárico. Hay restricciones más importantes.

Por debajo de 600 m

Límite En experimentos de laboratorio, las neuronas individuales que crecen "in vitro" no toleran bien una presión extremadamente alta, lo que demuestra una hiperexcitabilidad errática. Parece que esto cambia significativamente las propiedades de los lípidos de la membrana celular, de modo que no se pueden resistir estos efectos. El resultado también se puede observar en el sistema nervioso humano bajo una enorme presión. De vez en cuando comienza a “desconectarse”, cayendo en breves períodos de sueño o estupor. La percepción se vuelve difícil, el cuerpo se apodera de los temblores, comienza el pánico: se desarrolla el síndrome nervioso de alta presión (HTA), causado por la propia fisiología de las neuronas.

Además de los pulmones, existen otras cavidades en el cuerpo que contienen aire. Pero se comunican con el medio ambiente a través de canales muy finos y la presión en ellos no se iguala instantáneamente. Por ejemplo, las cavidades del oído medio están conectadas a la nasofaringe sólo por una estrecha trompa de Eustaquio, que a menudo también está obstruida con moco. Los inconvenientes asociados son familiares para muchos pasajeros de aviones que tienen que cerrar bien la nariz y la boca y exhalar bruscamente, igualando la presión del oído y el entorno externo. Los buceadores también utilizan este tipo de “soplado”, y cuando les moquea la nariz intentan no bucear en absoluto.

Agregar pequeñas cantidades (hasta un 9%) de nitrógeno a la mezcla de oxígeno y helio permite debilitar un poco estos efectos. Por lo tanto, las inmersiones récord en heliox alcanzan los 200-250 m, y en trimix que contiene nitrógeno, unos 450 m en mar abierto y 600 m en una cámara de compresión. Los acuanautas franceses se convirtieron, y siguen siendo, los legisladores en este ámbito. La alternancia de aire, las complejas mezclas respiratorias, los complicados modos de buceo y descompresión permitieron en los años 1970 a los buceadores superar el listón de profundidad de 700 m, y la empresa COMEX, creada por los alumnos de Jacques Cousteau, se convirtió en líder mundial en el mantenimiento de plataformas petrolíferas marinas mediante buceo. Los detalles de estas operaciones siguen siendo un secreto militar y comercial, por lo que investigadores de otros países están tratando de alcanzar a los franceses, moviéndose a su manera.

Intentando profundizar más, los fisiólogos soviéticos estudiaron la posibilidad de sustituir el helio por gases más pesados, como el neón. Se llevaron a cabo experimentos para simular una inmersión a 400 m en una atmósfera de oxígeno y neón en el complejo hiperbárico del Instituto de Problemas Médicos y Biológicos de Moscú (IMBP) de la Academia de Ciencias de Rusia y en el secreto Instituto de Investigación "submarina"-40. del Ministerio de Defensa, así como en el Instituto de Investigaciones Oceanológicas que lleva su nombre. Shirshova. Sin embargo, el peso del neón mostró sus desventajas.

Se puede calcular que ya a una presión de 35 atm la densidad de la mezcla de oxígeno y neón es igual a la densidad de la mezcla de oxígeno y helio a aproximadamente 150 atm. Y aún más: nuestras vías respiratorias simplemente no son adecuadas para "bombear" un ambiente tan denso. Los evaluadores del IBMP informaron que cuando los pulmones y los bronquios trabajan con una mezcla tan densa, surge una sensación extraña y pesada, "como si no estuvieras respirando, sino bebiendo aire". Mientras están despiertos, los buceadores experimentados todavía pueden hacer frente a esto, pero durante los períodos de sueño (y es imposible alcanzar tal profundidad sin pasar largos días descendiendo y ascendiendo) los despierta constantemente una sensación de pánico y asfixia. Y aunque los acuanautas militares del NII-40 lograron alcanzar la barra de 450 metros y recibir las merecidas medallas de Héroes de la Unión Soviética, esto no resolvió fundamentalmente el problema.

Es posible que todavía se establezcan nuevos récords de buceo, pero aparentemente hemos llegado a la última frontera. La insoportable densidad de la mezcla respiratoria, por un lado, y el síndrome nervioso de alta presión, por el otro, aparentemente ponen el límite final a los viajes humanos bajo una presión extrema.

Investigación oceánica.

21. De la historia de la conquista de las profundidades del mar.

© Vladimir Kalanov,
"El conocimiento es poder".

Es imposible estudiar el Océano Mundial sin sumergirse en sus profundidades. El estudio de la superficie de los océanos, su tamaño y configuración, corrientes superficiales, islas y estrechos se lleva a cabo durante muchos siglos y siempre ha sido una tarea extremadamente difícil y peligrosa. El estudio de las profundidades del océano no presenta menos dificultades y algunas de ellas siguen siendo insuperables hasta el día de hoy.

El hombre, que se sumergió por primera vez bajo el agua en la antigüedad, por supuesto, no persiguió el objetivo de estudiar las profundidades del mar. Seguramente sus tareas entonces eran puramente prácticas o, como se dice ahora, pragmáticas, por ejemplo: sacar una esponja o un marisco del fondo del mar para alimentarse.

Y cuando se encontraban hermosas bolas de perlas en las conchas, el buzo las llevaba a su cabaña y se las daba a su esposa como decoración, o las tomaba para él con el mismo propósito. Sólo las personas que vivían a orillas de mares cálidos podían sumergirse en el agua y convertirse en buceadores. No corrían el riesgo de resfriarse ni de sufrir calambres musculares bajo el agua.

El anciano buzo, tomando un cuchillo y una red para recoger sus presas, agarró una piedra entre sus piernas y se arrojó al abismo. Esta suposición es bastante fácil de hacer, porque los pescadores de perlas en los mares Rojo y Arábigo, o los buceadores profesionales de la tribu india Parawa todavía hacen precisamente eso. No conocen ni el equipo de buceo ni las máscaras. Todo su equipo permaneció exactamente igual que hace cien o mil años.

Pero un buceador no es un buceador. Un buzo usa bajo el agua solo lo que la naturaleza le ha dado, y un buzo usa dispositivos y equipos especiales para sumergirse más profundamente en el agua y permanecer allí por más tiempo. Un buceador, incluso uno bien entrenado, no puede permanecer bajo el agua más de un minuto y medio. La profundidad máxima a la que puede sumergirse no supera los 25-30 metros. Sólo unos pocos poseedores del récord pueden contener la respiración durante 3 o 4 minutos y sumergirse un poco más profundamente.

Si utiliza un dispositivo tan simple como un tubo de respiración, podrá permanecer bajo el agua durante bastante tiempo. Pero ¿de qué sirve esto si la profundidad de inmersión no puede ser superior a un metro? El hecho es que a mayores profundidades es difícil inhalar a través de un tubo: se necesita una mayor fuerza de los músculos del pecho para superar la presión de la respiración que actúa sobre el cuerpo humano, mientras que los pulmones están bajo la presión atmosférica normal.

Ya en la antigüedad se intentó utilizar dispositivos primitivos para respirar a poca profundidad. Por ejemplo, con la ayuda de pesas, se bajaba al fondo una especie de embarcación tipo campana volteada y el buceador podía utilizar el suministro de aire de esta embarcación. Pero fue posible respirar una campana de este tipo solo durante unos minutos, ya que el aire se saturó rápidamente con dióxido de carbono exhalado y se volvió inadecuado para respirar.

Cuando el hombre comenzó a explorar el océano, surgieron problemas con la invención y fabricación de los dispositivos de buceo necesarios no sólo para respirar, sino también para ver en el agua. Una persona con visión normal, al abrir los ojos en el agua, ve los objetos circundantes muy débilmente, como si estuvieran en una niebla. Esto se explica por el hecho de que el índice de refracción del agua es casi igual al índice de refracción del ojo mismo. Por lo tanto, el cristalino no puede enfocar la imagen en la retina y el enfoque de la imagen queda muy por detrás de la retina. Resulta que una persona en el agua se vuelve extremadamente hipermétrope: hasta más de 20 dioptrías y más. Además, el contacto directo con el mar e incluso con el agua dulce provoca irritación y dolor en los ojos.

Incluso antes de la invención de las gafas subacuáticas y las máscaras de cristal, los buceadores de siglos pasados ​​reforzaban placas delante de sus ojos, sellándolas con un trozo de tela empapado en resina. Las placas estaban hechas de las más finas secciones pulidas de cuerno y tenían cierta transparencia. Sin tales dispositivos, era imposible realizar muchos trabajos durante la construcción de puertos, profundizar los puertos, encontrar y recuperar barcos hundidos, carga, etc.

En Rusia, durante la época de Pedro I, cuando el país llegó a la costa del mar, el buceo adquirió una importancia práctica.

Rusia siempre ha sido famosa por sus artesanos, cuyo retrato general fue creado por el escritor Ershov en la imagen de Lefty, que calzaba una pulga inglesa. Uno de estos artesanos pasó a la historia de la tecnología bajo Pedro I. Fue Efim Nikonov, un campesino del pueblo de Pokrovskoye, cerca de Moscú, quien en 1719 fabricó un submarino de madera (“barco oculto”) y también propuso el diseño de un traje de buceo de cuero con un tubo para el aire, que se llevaba en la cabeza y tenía ventanas para los ojos. Pero no pudo llevar el diseño del traje de buceo a las condiciones de funcionamiento requeridas, ya que su "barco escondido" no resistió la prueba y se hundió en el lago, por lo que a E. Nikonov se le negaron los fondos. El inventor, por supuesto, no podía saber que en su traje de buceo con un barril de aire en la cabeza, una persona en cualquier caso no podría aguantar más de 2-3 minutos.

El problema de respirar bajo el agua con el suministro de aire fresco al buceador no pudo resolverse durante varios siglos. En la Edad Media e incluso después, los inventores no tenían idea de la fisiología de la respiración y del intercambio de gases en los pulmones. He aquí un ejemplo que roza lo curioso. En 1774, el inventor francés Fremins propuso un diseño para trabajar bajo el agua, consistente en un casco conectado por tubos de cobre a un pequeño tanque de aire. El inventor creía que la diferencia entre el aire inhalado y exhalado era sólo la diferencia de temperatura. Esperaba que el aire exhalado, que pasaba bajo el agua a través de los tubos, se enfriara y volviera a ser respirable. Y cuando, durante las pruebas de este dispositivo, el buzo comenzó a ahogarse después de dos minutos, el inventor quedó terriblemente sorprendido.

Cuando quedó claro que para que una persona pueda trabajar bajo el agua, es necesario suministrar aire fresco continuamente, comenzaron a pensar en formas de suministrarlo. Al principio se intentó utilizar fuelles como los de los herreros para este fin. Pero este método no logró suministrar aire a una profundidad de más de un metro: los fuelles no crearon la presión necesaria.

Sólo a principios del siglo XIX se inventó una bomba de aire a presión, que suministraba aire al buceador a una profundidad significativa.

Durante un siglo, la bomba de aire fue accionada manualmente, luego aparecieron las bombas mecánicas.

Los primeros trajes de buceo tenían cascos abiertos en la parte inferior, a los que se bombeaba aire a través de una manguera. El aire exhalado salió por el borde abierto del casco. Un buzo con un traje de este tipo, por así decirlo, solo podía trabajar en posición vertical, porque incluso una ligera inclinación del submarinista provocaba que el casco se llenara de agua. Los inventores de estos primeros trajes de buceo fueron, de forma independiente, el inglés A. Siebe (1819) y el mecánico de Kronstadt Gausen (en 1829). Pronto comenzaron a producir trajes de buceo mejorados, en los que el casco estaba conectado herméticamente a la chaqueta y el aire exhalado se liberaba del casco mediante una válvula especial.

Pero la versión mejorada del traje de buceo no proporcionaba al buceador total libertad de movimiento. La pesada manguera de aire interfería con el trabajo y limitaba el rango de movimiento. Aunque esta manguera era vital para el submarinista, a menudo fue la causa de su muerte. Esto sucedió cuando la manguera quedó atrapada por algún objeto pesado o dañada por una fuga de aire.

Surgió con toda claridad y necesidad la tarea de desarrollar y fabricar equipos de buceo en los que el submarinista no dependiera del suministro de aire externo y tuviera total libertad en sus movimientos.

Muchos inventores aceptaron el desafío de diseñar equipos autónomos de este tipo. Han pasado más de cien años desde la fabricación de los primeros trajes de buceo, y recién a mediados del siglo XX apareció un dispositivo que pasó a ser conocido como escafandra autónoma. La parte principal del equipo de buceo es el aparato respiratorio, inventado por el famoso explorador francés de las profundidades del océano, más tarde el mundialmente famoso científico Jacques-Yves Cousteau y su colega Emile Gagnan. En plena Segunda Guerra Mundial, en 1943, Jacques-Yves Cousteau y sus amigos Philippe Taillet y Frédéric Dumas probaron por primera vez un nuevo dispositivo de inmersión en agua. El buceo (del latín aqua - agua y del inglés pulmonar - pulmón) es un aparato de mochila que consta de cilindros de aire comprimido y un aparato respiratorio. Las pruebas han demostrado que el dispositivo funciona con precisión, el buceador inhala fácil y sin esfuerzo aire limpio y fresco de un cilindro de acero. El buzo bucea y asciende libremente, sin sentir ningún inconveniente.

Durante la operación, el equipo de buceo fue modificado estructuralmente, pero en general su estructura permaneció sin cambios. Sin embargo, ningún cambio de diseño permitirá que el tanque de buceo pueda sumergirse profundamente. Un buceador, como un buceador con un traje de buceo blando que recibe aire a través de una manguera, no puede cruzar la barrera de los cien metros de profundidad sin arriesgar su vida. El principal obstáculo aquí sigue siendo el problema de la respiración.

El aire que respiran todas las personas en la superficie de la Tierra, cuando un buzo se sumerge a 40-60 metros, provoca una intoxicación similar a la intoxicación por alcohol. Al alcanzar la profundidad especificada, el submarinista pierde repentinamente el control de sus acciones, lo que a menudo termina en trágico. Se ha establecido que la razón principal de tal "intoxicación profunda" es el efecto del nitrógeno bajo alta presión sobre el sistema nervioso. El nitrógeno de las botellas de buceo fue sustituido por helio inerte y dejó de producirse una “intoxicación profunda”, pero apareció otro problema. El cuerpo humano es muy sensible al porcentaje de oxígeno en la mezcla inhalada. A presión atmosférica normal, el aire que respira una persona debe contener aproximadamente un 21 por ciento de oxígeno. Con tal contenido de oxígeno en el aire, el hombre ha recorrido todo el largo camino de su evolución. Si, a presión normal, el contenido de oxígeno disminuye al 16 por ciento, se produce una falta de oxígeno, lo que provoca una pérdida repentina del conocimiento. Para una persona bajo el agua, esta situación es especialmente peligrosa. Un aumento en el contenido de oxígeno en la mezcla inhalada puede causar intoxicación y provocar edema e inflamación pulmonar. A medida que aumenta la presión, aumenta el riesgo de intoxicación por oxígeno. Según los cálculos, a una profundidad de 100 metros, la mezcla inhalada debe contener solo entre un 2 y un 6 por ciento de oxígeno, y a una profundidad de 200 m, no más de un 1 a un 3 por ciento. Por lo tanto, los respiradores deben garantizar que la composición de la mezcla inhalada cambie a medida que el submarinista se sumerge en profundidad. El apoyo médico para el buceo en aguas profundas de una persona con un traje blando es de suma importancia.

Por un lado, la intoxicación por oxígeno y, por otro, la asfixia por falta del mismo oxígeno, amenazan constantemente a una persona que desciende a las profundidades. Pero esto no es suficiente. Ahora todo el mundo conoce el llamado malestar de descompresión. Recordemos qué es. A alta presión, los gases que componen la mezcla respirable se disuelven en la sangre del buceador. La mayor parte del aire que respira un buzo es nitrógeno. Su importancia para la respiración es que diluye el oxígeno. Con una rápida caída de presión, cuando el buzo sube a la superficie, el exceso de nitrógeno no tiene tiempo de eliminarse a través de los pulmones, se forman burbujas de nitrógeno en la sangre y la sangre parece hervir. Las burbujas de nitrógeno obstruyen los pequeños vasos sanguíneos, provocando debilidad, mareos y, a veces, pérdida del conocimiento. Estas son manifestaciones de la enfermedad de descompresión (embolia). Cuando las burbujas de nitrógeno (u otro gas que forma parte de la mezcla respiratoria) ingresan a los grandes vasos del corazón o del cerebro, el flujo sanguíneo en estos órganos se detiene, es decir, se produce la muerte.

Para prevenir la enfermedad por descompresión, el ascenso del buzo debe realizarse lentamente, con paradas, para que se produzca la llamada descompresión del cuerpo, es decir, para que el exceso de gas disuelto tenga tiempo de salir poco a poco de la sangre a través de los pulmones. Dependiendo de la profundidad de la inmersión se calcula el tiempo de ascenso y el número de paradas. Si un buceador pasa varios minutos a grandes profundidades, entonces el tiempo de descenso y ascenso se calcula en varias horas.

Lo dicho una vez más confirma la simple verdad de que una persona no puede vivir en el elemento agua, que una vez dio a luz a sus ancestros lejanos, y nunca abandonará el firmamento de la tierra.

Pero para comprender el mundo, incluido el estudio del océano, la gente se esfuerza persistentemente por dominar las profundidades del océano. La gente realizaba inmersiones profundas con trajes de buceo blandos, sin siquiera equipo como equipo de buceo.

El primero en descender a una profundidad récord de 135 metros fue el estadounidense Mac Nol en 1937, y dos años después, los buzos soviéticos L. Kobzar y P. Vygularny, respirando una mezcla de helio, alcanzaron una profundidad de 157 metros. Después de eso, fueron necesarios diez años para alcanzar la marca de los 200 metros. Otros dos buceadores soviéticos, B. Ivanov e I. Vyskrebentsev, descendieron a esta profundidad en 1949.

En 1958, un científico cuya especialidad estaba lejos del buceo submarino se interesó por el buceo. Era un joven matemático que entonces tenía 26 años y que ya tenía el título de profesor en la Universidad de Zurich. Hans Keller. Actuando en secreto de otros especialistas, diseñó el equipo, calculó la composición de las mezclas de gases y los tiempos de descompresión y comenzó a entrenar. Un año más tarde, utilizando un dispositivo en forma de campana de buceo, se hundió hasta el fondo del lago de Zúrich a una profundidad de 120 metros. G. Keller logró tiempos de descompresión récord y cortos. Cómo logró esto fue su secreto. Soñaba con un récord mundial de profundidad de buceo.

La Marina de los Estados Unidos se interesó en el trabajo de G. Keller y la próxima inmersión estaba prevista para el 4 de diciembre de 1962 en el Golfo de California. Se planeó bajar a G. Keller y al periodista inglés Peter Small del barco estadounidense "Eureka" utilizando un ascensor submarino especialmente diseñado a una profundidad de 300 metros, donde izarían las banderas nacionales suiza y estadounidense. Desde a bordo del Eureka, la inmersión fue monitoreada mediante cámaras de televisión. Poco después de que descendiera el ascensor, solo apareció una persona en la pantalla. Quedó claro que había sucedido algo inesperado. Posteriormente se determinó que había una fuga en el ascensor submarino y ambos acuanautas perdieron el conocimiento. Cuando subieron el ascensor a bordo del barco, G. Keller pronto recuperó el sentido y P. Small ya estaba muerto antes de que subieran el ascensor. Además de él, murió otro buceador del grupo de apoyo, el estudiante K. Whittaker. La búsqueda de su cuerpo fue infructuosa. Estos son los tristes resultados de las violaciones de las normas de seguridad en el buceo.

Por cierto, G. Keller persiguió en vano el récord: ya en 1956, tres buceadores soviéticos, D. Limbens, V. Shalaev y V. Kurochkin, visitaron una profundidad de trescientos metros.

En los años siguientes, ¡las inmersiones más profundas fueron de hasta 600 metros! fueron realizados por buzos de la empresa francesa Comex, que se dedica a trabajos técnicos en la industria petrolera en la plataforma oceánica.

Un buceador con traje blando y el equipo de buceo más avanzado puede permanecer a esa profundidad en cuestión de minutos. No sabemos qué asuntos urgentes, qué motivos obligaron a los dirigentes de la mencionada empresa francesa a arriesgar la vida de los buzos, enviándolos a profundidades extremas. Sospechamos, sin embargo, que la razón aquí es la más trivial: el mismo amor desinteresado al dinero, al beneficio.

Probablemente, una profundidad de 600 metros ya supera el límite fisiológico de buceo para una persona con un traje de buceo blando. Apenas es necesario seguir comprobando las capacidades del cuerpo humano: no son ilimitadas. Además, la persona ya se encontraba a una profundidad que supera significativamente la línea de 600 metros, aunque no con traje de buceo, sino con dispositivos aislados del entorno externo. Desde hace tiempo está claro para los investigadores que una persona puede descender a grandes profundidades sin riesgo para su vida sólo en cámaras metálicas resistentes, donde la presión del aire corresponde a la presión atmosférica normal. Esto significa que es necesario, en primer lugar, garantizar la resistencia y estanqueidad de dichas cámaras y crear un suministro de aire con posibilidad de eliminar el aire de escape o regenerarlo. Al final, se inventaron estos dispositivos y los investigadores descendieron en ellos a grandes profundidades, hasta las profundidades extremas del Océano Mundial. Estos dispositivos se llaman batisferas y batiscafos. Antes de familiarizarse con estos dispositivos, pedimos a los lectores que tengan paciencia y lean nuestra breve historia de este problema en la página siguiente del sitio web Knowledge is Power.

© Vladimir Kalanov,
"El conocimiento es poder"

>>Presión en el fondo de mares y océanos. Exploración de aguas profundas

Enviado por lectores de sitios de Internet.

Planificación temática de calendario de física, descargar pruebas, tarea para un estudiante de 7mo grado, cursos para un profesor de física de 7mo grado

Contenido de la lección notas de la lección marco de apoyo presentación de lecciones métodos de aceleración tecnologías interactivas Práctica tareas y ejercicios talleres de autoevaluación, capacitaciones, casos, misiones preguntas de discusión de tareas preguntas retóricas de los estudiantes Ilustraciones audio, videoclips y multimedia fotografías, cuadros, gráficos, tablas, diagramas, humor, anécdotas, chistes, historietas, parábolas, refranes, crucigramas, citas Complementos resúmenes artículos trucos para los curiosos cunas libros de texto diccionario de términos básico y adicional otros Mejorar los libros de texto y las lecciones.corregir errores en el libro de texto actualizar un fragmento de un libro de texto, elementos de innovación en la lección, reemplazar conocimientos obsoletos por otros nuevos Sólo para profesores lecciones perfectas plan calendario para el año; recomendaciones metodológicas; programa de discusión Lecciones integradas

¡Hola queridos lectores! En esta publicación, el tema principal será la exploración de los océanos del mundo. El océano es muy hermoso y tentador, es hogar de muchas especies diferentes de peces y más, el océano también ayuda a nuestra Tierra a producir oxígeno y juega un papel importante en su clima. Pero la gente, hace relativamente poco tiempo, empezó a estudiarlo en detalle y se sorprendió con los resultados... Leer más sobre esto...

Es una ciencia que está asociada al estudio. También nos ayuda a profundizar significativamente nuestro conocimiento sobre las fuerzas naturales, incluida la formación de montañas, los terremotos y las erupciones volcánicas.

Los primeros exploradores creían que el océano era un obstáculo para llegar a tierras lejanas. Les interesaba poco lo que había en las profundidades del océano, a pesar de que los océanos del mundo ocupan más del 70% de la superficie de la Tierra.

Por esta razón, hace 150 años prevalecía la idea de que el fondo del océano era una enorme llanura sin ningún elemento de relieve.

La exploración científica del océano comenzó en el siglo XX. En 1872 - 1876 El primer viaje serio con fines científicos tuvo lugar a bordo del barco británico Challenger, que contaba con equipo especial y su tripulación estaba formada por científicos y marineros.

En muchos sentidos, los resultados de esta expedición oceanográfica enriquecieron el conocimiento humano sobre los océanos y su flora y fauna.

En las profundidades del océano.

En el Challenger, para medir las profundidades del océano, había líneas especiales, que consistían en bolas de plomo que pesaban 91 kg, estas bolas estaban unidas a una cuerda de cáñamo.

Se podían necesitar varias horas para bajar una línea de este tipo hasta el fondo de una fosa marina y, además, este método a menudo no proporcionaba la precisión necesaria para medir grandes profundidades.

En la década de 1920 aparecieron las ecosondas. Esto permitió determinar la profundidad del océano en apenas unos segundos en función del tiempo transcurrido entre el envío del pulso sonoro y la recepción de la señal reflejada por el fondo.

Los barcos, equipados con ecosondas, midieron la profundidad a lo largo de la ruta y obtuvieron un perfil del fondo del océano. El sistema de sondeo de aguas profundas más nuevo, Gloria, se instala en barcos desde 1987. Este sistema permitió escanear el fondo del océano en franjas de 60 m de ancho.

Anteriormente utilizadas para medir las profundidades del océano, las líneas de medición ponderadas a menudo estaban equipadas con pequeños tubos de suelo para tomar muestras de suelo del fondo del océano. Los muestreadores modernos son pesados ​​y grandes, y pueden sumergirse a una profundidad de hasta 50 m en sedimentos de fondos blandos.

Grandes descubrimientos.

La exploración intensiva de los océanos comenzó después de la Segunda Guerra Mundial. Los descubrimientos realizados en las décadas de 1950 y 1960 relacionados con rocas de la corteza oceánica revolucionaron las geociencias.

Estos descubrimientos demostraron que los océanos son relativamente jóvenes y también confirmaron que el movimiento de las placas litosféricas que les dieron origen continúa hoy en día, cambiando lentamente la apariencia de la Tierra.

El movimiento de las placas litosféricas provoca erupciones volcánicas y terremotos, y también conduce a la formación de montañas. Continúa el estudio de la corteza oceánica.

El barco "Glomar Challenger" en el período 1968 - 1983. estaba en una circunnavegación. Proporcionó a los geólogos información valiosa al perforar agujeros en el fondo del océano.

El buque Resolución de la Sociedad Oceanográfica Unida de Perforación Profunda realizó esta tarea en la década de 1980. Este buque era capaz de realizar perforaciones submarinas a profundidades de hasta 8300 m.

Los estudios sísmicos también proporcionan datos sobre las rocas del fondo del océano: las ondas de choque enviadas desde la superficie del agua se reflejan de manera diferente en las diferentes capas de roca.

Como resultado, los científicos obtienen información muy valiosa sobre posibles depósitos de petróleo y la estructura de las rocas.

D Otros instrumentos automáticos se utilizan para medir la velocidad de la corriente y la temperatura a diferentes profundidades, así como para tomar muestras de agua.

Los satélites artificiales también desempeñan un papel importante: monitorean las corrientes oceánicas y las temperaturas que afectan .

Es gracias a esto que recibimos información muy importante sobre el cambio climático y el calentamiento global.

Los buceadores en aguas costeras pueden bucear fácilmente a profundidades de hasta 100 m, pero a profundidades mayores, bucean aumentando y liberando gradualmente la presión.

Este método de buceo se utiliza con éxito para detectar barcos hundidos y en campos petrolíferos marinos.

Este método ofrece mucha más flexibilidad al bucear que una campana de buceo o trajes de buceo pesados.

Sumergibles.

El medio ideal para explorar los océanos son los submarinos. Pero la mayoría de ellos pertenecen al ejército. Por esta razón, los científicos crearon sus dispositivos.

Los primeros dispositivos de este tipo aparecieron en 1930-1940. El teniente estadounidense Donald Walsh y el científico suizo Jacques Piccard, en 1960, establecieron un récord mundial de buceo en la zona más profunda del mundo: en la Fosa de las Marianas del Océano Pacífico (Fosa de Challenger).

En el batiscafo "Trieste" descendieron a una profundidad de 10.917 m y en las profundidades del océano descubrieron peces inusuales.

Pero quizás los más impresionantes del pasado más reciente fueron los acontecimientos asociados con el diminuto batiscafo "Alvin", con cuya ayuda tuvo lugar en 1985-1986. Los restos del Titanic fueron estudiados a una profundidad de unos 4.000 m.

Concluimos: el vasto océano mundial ha sido estudiado muy poco y tenemos que estudiarlo cada vez más en profundidad. Y quién sabe qué descubrimientos nos esperan en el futuro... Se trata de un gran misterio que poco a poco se va abriendo a la humanidad gracias a la exploración de los océanos del mundo.