Теория:
В морях и океанах разнообразна флора и фауна: огромное количество растений, простейших, ракообразных, млекопитающих. На Мировой океан приходится \(95\) \(\%\) всех мест обитания живых организмов. Чем же различается окружающая среда для организмов, существующих в воде?
Для живущих на земле важно знать давление слоёв воздуха — атмосферное давление. Оно влияет на самочувствие, на изменение погоды и должно учитываться при выращивании растений, при постройке жилья. Для морских жителей к давлению воздушных масс добавляется давление толщи воды над той областью, в которой они обитают. Чем глубже эта область, тем больше давление толщи воды.
Гидростатическое давление пропорционально высоте столба воды.
С увеличением глубины гидростатическое давление возрастает: \(p=\rho gh\), где:
\(p\) — гидростатическое давление,
\(\rho\) — плотность жидкости (зависит от её состава и температуры),
\(g\) — ускорение свободного падения,
\(h\) — высота столба жидкости (глубина).
\(p\) — гидростатическое давление,
\(\rho\) — плотность жидкости (зависит от её состава и температуры),
\(g\) — ускорение свободного падения,
\(h\) — высота столба жидкости (глубина).
Для бытовых расчётов можно принять, что на каждые \(10\) метров пресной воды давление увеличивается на \(1\) атмосферу, или \(0,1\) МПа.
Это свойство открыто и подтверждено опытным путём в \(1653\) году Блезом Паскалем. Ранее в «Принципах водного баланса» в \(1586\) году Симон Стевин, фламандский математик, механик и инженер, выдвинул концепцию давления в области гидростатики.
Все живые организмы в процессе эволюции приспосабливаются к гидростатическому давлению. Для этого существуют различные механизмы — от воздушного пузыря у рыб до хитиновых покровов у ракообразных и черепах. Давление внутри глубоководных организмов уравновешивается давлением снаружи.
На большую глубину (\(180\) м и больше) солнечный свет не попадает, поэтому там темно. Живые организмы, обитающие на таких глубинах, либо не пользуются зрением (т. е. слепые), либо имеют очень чувствительные глаза. Есть глубоководные животные, которые сами излучают свет.
Человек уже давно исследует подводный мир.
Фридайвинг (от англ. free diving — «свободное ныряние») — подводное плавание с задержкой дыхания (без акваланга).
Фридайвинг развился в тех странах, где искатели жемчуга ныряли без приспособлений. Дыхательные органы были натренированы с детства. Глубокое погружение негативно воздействует на кровеносную систему из-за высокого гидростатического давления.
Во многих племенах воин должен был уметь незаметно и тихо подплывать к неприятелю или к животному на охоте.
Позже стали изобретаться конструкции:
- тростниковые стебли, которые должны были удерживаться над поверхностью воды для доступа воздуха; они усовершенствовались до скафандров с подачей воздуха с корабля;
- по принципу воздушного пузыря рыб воздух стали набирать в герметичные мешки, которые развились до баллонов со сжатым воздухом;
- водолазные колокола применялись как средство транспортировки с небольшим запасом воздуха, которые развились до батискафов и подводных лодок.
Дышать через тростниковую трубку можно только при погружении на небольшую глубину (до \(1,5\) м).
На большой глубине для дыхания используют тот же воздух, но он подаётся под давлением, равным давлению окружающей среды. В конце \(XX\) века для дыхания на больших глубинах стали применять искусственные дыхательные газовые смеси.
Как сжатый воздух или газовую смесь взять с собой под воду? Для этой цели используют акваланг — аппарат со сжатым воздухом. Этим изобретением мы обязаны Ж. Кусто и Э. Ганьяну, которые изобрели акваланг еще в \(1943\) году. Использование акваланга позволяет производить работы на глубине достаточно продолжительное время (более часа).
Французами изобретён предназначенный для дыхания человека под водой акваланг. С помощью него возможно находиться под водой как несколько минут (при погружении до \(40\) м), так и более часа (если погружаться на небольшую глубину).
Погружения с аквалангом на глубины более \(40\) м уже опасны для здоровья. Сжатый воздух из баллона поступает в организм человека под большим давлением и может привести к состоянию, называемому «азотным наркозом». Вследствие этого сознание человека теряет ясность и движения становятся нескоординированными.
Для проведения подводных работ на различных глубинах используется не только оборудование для дыхания, но и специальные костюмы — водолазные скафандры.
Скафандры производят из различных материалов. Если материал скафандра мягкий, например резина, то погружаться можно только на несколько десятков метров. Для погружения и работы на больших глубинах используют жёсткие скафандры. Но и в этом случае глубина ограничивается \(300\) метрами.
Если требуется погружение на большую глубину, то используют батисферы и батискафы. Батисфера не способна самостоятельно перемещаться в воде, поэтому ее спускают под воду на тросе. Первое погружение состоялось в \(1892\) году. Батисфера достигла глубины \(165\) м, а несколько позднее опустилась на глубину более \(1000\) метров.
В отличие от батисферы, батискаф не имеет троса и способен перемещаться автономно. О. Пиккар построил первый батискаф в \(1948\) году, а в \(1960\) году Ж. Пиккар и Д. Уолш погрузились на батискафе на дно Марианской впадины (\(11 022\) м) в Тихом океане.
