Υποβρύχιος κόσμος

 

Μια μικρή εισαγωγή στα μυστικά της κατάδυσης

Επιμέλεια: Colin Anderson

Το Σεπτέμβριο του 1962 το συνεργείο υποβρυχίων επιστημονικών ερευνών του Πλοιάρχου Κουστώ πόντισε στη θάλασσα,

κοντά στις ακτές της Μασσαλίας και σε βάθος 10 μέτρων το πρώτο υποβρύχιο σπίτι, το «Διογένη» όπως το ονόμασε. Στο σπίτι αυτό καταδύθηκαν και έμειναν επί μία βδομάδα, δύο από τους καλύτερους αυτοδύτες της Γαλλίας, ο Κλωντ Βεσλύ και ο Αλμπέρ Φαλκό. Εκεί μέσα έτρωγαν, κοιμούνταν, διάβαζαν, δέχονταν επισκέψεις, έβλεπαν τηλεόραση κ.λπ. Κάθε μέρα, εγκατέλειπαν το Διογένη και κατέβαιναν σε βάθος 26 μέτρων όπου εργάζονταν επί πέντε ώρες περίπου, για να επιστρέψουν μετά στο παράξενο σπίτι τους. Κατά τη διάρκεια αυτής της βδομάδας, δεν αναδύθηκαν στην επιφάνεια ούτε μια φορά.

Τον Αύγουστο του 1963, το ίδιο συνεργείο πόντισε σΆ ένα ύφαλο από κοράλλια και σε βάθος 11 μέτρων κάτω από την επιφάνεια της Ερυθράς Θάλασσας, μία υποβρύχια βίλα, την οποία ονόμασε «Αστερία». Εκεί εγκαταστάθηκαν πέντε άντρες επί ένα ολόκληρο μήνα. Συγχρόνως, στο ίδιο μέρος και σε βάθος 27 μέτρων, δύο άλλοι ωκεανοναύτες επί μία εβδομάδα έμειναν σε μια καμπίνα. Αυτοί έβγαιναν και εργάζονταν κανονικά σε βάθος 50 μέτρων. Την ίδια περίοδο, άρχισε πιο εντυπωσιακά πειράματα, με υποβρύχια εργαστήρια σε μεγάλα βάθη, ο διασημότερος ερευνητής του βυθού, ο Αμερικανός Εντγουίν Λινκ.



Τους πρωτοπόρους αυτούς ακολούθησαν άλλοι, με αποτέλεσμα σήμερα μεγάλες εταιρείες και ινστιτούτα να έχουν κατασκευάσει συστήματα καταδύσεων, που επιτρέπουν στον άνθρωπο να κατεβαίνει σε βάθος μεγαλύτερο από 500 μέτρα και να εργάζεται εκεί για τη μελέτη, έρευνα και εκμετάλλευση του υποβρύχιου πλούτου. Το μεγάλο συμπέρασμα από τα υποβρύχια σπίτια και συστήματα είναι ότι ο άνθρωπος μπορεί να ζήσει στο βυθό.

Αυτό το πρόβλεψε πρώτος ο Ιούλιος Βερν, ο οποίος στο συναρπαστικό μυθιστόρημα του «20.000 λεύγες κάτω από τη θάλασσα», περιγράφει τον απογοητευμένο Πλοίαρχο Νέμο να περιπλανιέται επί μήνες μαζί με τους συντρόφους του, κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας, κυβερνώντας το υποβρύχιο σκάφος του «Ναυτίλος». Ιδιαίτερα ενδιαφέρουσες και προφητικές είναι οι περιγραφές του Βερν, όπου ο Νέμος, με τη βοήθεια αυτόνομης αναπνευστικής συσκευής, εγκαταλείπει το σκάφος του και με πλήρη άνεση περιφέρεται στο βυθό.

Βέβαια τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά, όσο φαίνονται στο μυθιστόρημα. Και για να φτάσουμε από τη φαντασία του Ναυτίλου στην πραγματικότητα του «Διογένη», χρειάστηκαν κοπιαστικές μελέτες και πειράματα πολλών χρόνων. Χρειάστηκε να λυθούν πλήθος από προβλήματα και να υπερνικηθούν μεγάλες δυσκολίες, για να μπορέσει ο άνθρωπος να ξεπεράσει το φραγμό που δημιουργεί η διαφορά των φυσικών ιδιοτήτων του αέρα και της θάλασσας. Από τη στιγμή που θα εγκαταλείψει την επιφάνεια, μπαίνει σΆ ένα περιβάλλον εντελώς νέο, όπου κυριαρχούν συνθήκες διαφορετικές από αυτές που είναι προσαρμοσμένος να ζει.



Η πυκνότητα του νερού είναι μεγαλύτερη από εκείνη του αέρα. Η πίεση της θάλασσας και του εισπνεόμενου αέρα, είναι και αυτή μεγαλύτερη από εκείνη του ατμοσφαιρικού και ανάλογη με το βάθος. Η μετάδοση του ήχου είναι διαφορετική στο νερό παρά στον αέρα, όπως επίσης διαφορετικές είναι οι συνθήκες της ορατότητας, του φωτισμού και της θερμοκρασίας. Η μελέτη ακριβώς αυτών των συνθηκών, είναι το αντικείμενο της φυσικής των καταδύσεων.

Εκείνος που θα θελήσει νΆ ασχοληθεί με τις καταδύσεις, θα πρέπει από την αρχή να κατανοήσει ότι δεν είναι κάτι απλό, κάτι που μπορεί να το αντιμετωπίσει με επιπολαιότητα. Αντίθετα, πρέπει με σύνεση και προσοχή νΆ ακολουθήσει ένα αυστηρό πρόγραμμα εκπαιδεύσεως, που η βάση του είναι, η τέλεια γνώση του περιεχομένου της φυσικής των καταδύσεων. Έτσι θα απαλλαγεί από τον ενστικτώδη φόβο και την ιδέα του κάποιου μυστηρίου, που δημιουργούν τα θαλασσινά βάθη. ΘΆ αποκτήσει το αίσθημα της ασφάλειας και της εμπιστοσύνης στον εαυτό του. Παρακάτω θα δούμε τις φυσικές αρχές και τους νόμους, πάνω στους οποίους στήριξε ο άνθρωπος την ανάπτυξη της υποβρύχιας δραστηριότητάς του.


Πίεση

Πίεση είναι η εκδήλωση της ενέργειας ενός βάρους ή μιας δυνάμεως πάνω σε μία επιφάνεια. Λεπτομερέστερα και σύμφωνα με τον ορισμό της φυσικής, πίεση είναι το μέγεθος μιας δυνάμεως ανά μονάδα επιφανείας. Στην Ελλάδα και στις περισσότερες χώρες του κόσμου, που χρησιμοποιείται το δεκαδικό μετρικό σύστημα, εκφράζεται σε χιλιόγραμμα ανά τετραγωνικό εκατοστό (Kg/cm²). Στην Αμερική που χρησιμοποιείται το αγγλικό σύστημα, εκφράζεται σε λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα (PSI). Μία λίβρα αντιστοιχεί σε 0,453 χιλιόγραμμα. Ένα χιλιόγραμμο αντιστοιχεί σε 2,205 λίβρες.



Ατμοσφαιρική πίεση

Είναι γνωστό ότι η γη περιβάλλεται από ένα στρώμα ατμοσφαιρικού αέρα. Ο αέρας αυτός έχει βάρος και κατά συνέπεια ασκεί πίεση πάνω σε κάθε γήινη επιφάνεια. Αυτή ακριβώς η πίεση είναι η λεγόμενη ατμοσφαιρική πίεση. Η πίεση του ατμοσφαιρικού αέρα στην επιφάνεια της θάλασσας είναι ένα χιλιόγραμμο ανά τετραγωνικό εκατοστό (1kg/cm²). Αν δηλαδή, πάρουμε μία στήλη αέρα, τομής ενός τετραγωνικού εκατοστού και ύψους, όσο το ύψος της ατμόσφαιρας και το ζυγίσουμε, θα βρούμε ότι έχει βάρος ένα χιλιόγραμμο. Η τιμή αυτή θεωρείται ως μονάδα πιέσεως και λέγεται πίεση μιας ατμόσφαιρας.
Η ατμοσφαιρική πίεση επιδρά απΆ όλες τις διευθύνσεις και κάθετα προς κάθε επιφάνεια. Είναι φοβερό ότι η πίεση που δέχεται το ανθρώπινο σώμα είναι κολοσσιαία, αλλά δεν γίνεται αντιληπτή, γιατί και στις εσωτερικές κοιλότητες του σώματος ο αέρας βρίσκεται υπό την ίδια πίεση, με αποτέλεσμα να επέρχεται πλήρης εξισορρόπηση. Παράλληλα, ο όλος μηχανισμός του οργανισμού είναι προσαρμοσμένος στο να λειτουργεί ομαλά κάτω από αυτήν την πίεση. Όταν όμως ο άνθρωπος ανεβεί σε μεγάλο ύψος ή καταδυθεί, ανατρέπεται η ισορροπία και η προσαρμογή αυτή, με αποτέλεσμα την εκδήλωση μικρών και μεγάλων ανωμαλιών.


Υδροστατική πίεση

Όπως ο αέρας έτσι και το νερό ή οποιοδήποτε άλλο υγρό, ασκεί μια πίεση πάνω σε κάθε σώμα που είναι βυθισμένο μέσα σΆ αυτό. Η πίεση αυτή είναι η υδροστατική πίεση η οποία, όπως είναι φυσικό, έχει ιδιαίτερη σημασία στην περίπτωση των καταδύσεων. Η υδροστατική πίεση αυξάνει ανάλογα με το βάθος και σε βάθος10 μέτρων είναι ίση με μια ατμόσφαιρα. Αν πάρουμε, δηλαδή, ένα σωλήνα ύψους10 μέτρων και τομής ενός τετραγωνικού εκατοστού, σφραγίσουμε μΆ ένα φελλό το κάτω μέρος του, τον γεμίσουμε με νερό και τον ζυγίσουμε, θα δούμε ότι το νερό έχει βάρος ένα κιλό. Με άλλα λόγια, η δύναμη που ασκεί η στήλη των 10 μέτρων νερού πάνω στο φελλό, είναι ίση με μια ατμόσφαιρα. Ώστε ο αυτοδύτης που βρίσκεται σε βάθος 10 μέτρων δέχεται υδροστατική πίεση μιας ατμόσφαιρας, σε βάθος 20 μέτρων, πίεση δύο ατμοσφαιρών κ.ο.κ. Η υδροστατική πίεση σε κάθε μέτρο βάθους, αυξάνει κατά 0,1 της ατμόσφαιρας. Επομένως, για να βρούμε την υδροστατική πίεση σΆ ένα ορισμένο βάθος, δεν έχουμε, παρά να πολλαπλασιάσουμε το βάθος αυτό επί 0,1. Για παράδειγμα, η υδροστατική πίεση σε βάθος 29 μέτρων είναι: Υδροστατική πίεση = 29 x 0,1 = 2,9 ατμόσφαιρες.



Απόλυτη πίεση

Είναι το άθροισμα της ατμοσφαιρικής και υδροστατικής πιέσεως. Ο αυτοδύτης δηλαδή, σε βάθος 10 μέτρων βρίσκεται υπό απόλυτη πίεση δύο ατμοσφαιρών, μία η ατμοσφαιρική και μία η υδροστατική. Σε βάθος 20 μέτρων υπό πίεση 3 ατμοσφαιρών κ.ο.κ. Στη συνέχεια, όταν μιλάμε για πίεση υπό την οποία βρίσκεται ο αυτοδύτης, θα εννοούμε πάντοτε την απόλυτη.
Όταν θέλουμε να βρούμε την απόλυτη πίεση σΆ ένα ορισμένο βάθος, δεν έχουμε παρά να κάνουμε τον επόμενο υπολογισμό:
Απόλυτη πίεση = βάθος x 0,1 + 1
π.χ. Η απόλυτη πίεση σε βάθος 19 μέτρων είναι:
Απόλυτη πίεση = 19 x 0,1 + 1 = 1,9 + 1 = 2,9 ατμόσφαιρες.


Μέτρηση της πιέσεως

Την πίεση γενικά τη μετρούμε με ειδικά όργανα, που λέγονται μανόμετρα. Με αυτά μετρούμε την πίεση του αέρα των καταδυτικών συσκευών, του αέρα που δίνουν οι αεροσυμπιεστές κ.λπ. Τα ευρωπαϊκά μανόμετρα δείχνουν ατμόσφαιρες, ενώ το αμερικανικά λίβρες. Τα μανόμετρα που χρησιμοποιούμε για τη μέτρηση της πιέσεως στη θάλασσα, λέγονται βαθύμετρα και έχουν υποδιαιρέσεις σε μέτρα. ΓιΆ αυτό και πολλοί εκφράζουν την πίεση της θάλασσας σε μέτρα. Όταν, δηλαδή, το βαθύμετρο δείχνει 30 μέτρα σημαίνει ότι η πίεση είναι τέσσερις ατμόσφαιρες (ατμοσφαιρική + υδροστατική πίεση). Η ένδειξη «0» όλων των παραπάνω οργάνων αντιστοιχεί προς την ατμοσφαιρική πίεση. Ένα άλλο είδος μανομέτρων είναι τα βαρόμετρα, με τα οποία μετρούμε τις μεταβολές πιέσεως της ατμόσφαιρας (βαρομετρική πίεση).

Το νερό

Το νερό είναι χημική ένωση υδρογόνου και οξυγόνου. Τα μόρια του νερού αποτελούνται από δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου. Ο χημικός του τύπος είναι H2O. Έχει βάρος και επομένως ασκεί πίεση. Ένα λίτρο γλυκού νερού ζυγίζει ένα κιλό. Ένα λίτρο θαλασσινού νερού ζυγίζει, κατά μέσο όρο, ένα κιλό και 25 γραμμάρια. Το μεγαλύτερο βάρος του θαλασσινού νερού οφείλεται στο αλάτι που είναι διαλυμένο σΆ αυτό και που η ποσότητά του δεν είναι πάντα η ίδια. Σε περιοχές λ.χ. που χύνονται ποτάμια ή σε κρύα κλίματα, όπου η εξάτμιση δεν είναι μεγάλη, η περιεκτικότητα του θαλασσινού νερού σε αλάτι είναι μικρότερη. Το νερό πρακτικά είναι ασυμπίεστο, μεταδίδει όμως την πίεση που ασκείται πάνω σΆ αυτό. Τα 70% του ανθρωπίνου σώματος αποτελούνται από νερό.





Πλευστότητα

Όταν ένα σώμα βυθίζεται στο νερό, εκτοπίζει μία ποσότητα από αυτό, για να πάρει τη θέση του. ?μεσο αποτέλεσμα είναι να ελαττωθεί το βάρος του σώματος, και μάλιστα τόσο, όσο το βάρος του νερού που έχει εκτοπίσει. Το νερό, δηλαδή, ασκεί πάνω στο σώμα μία πίεση, η οποία ονομάζεται άνωση ή πλευστότητα και είναι ίση προς το βάρος του εκτοπιζόμενου νερού. Αυτή είναι με απλά λόγια η περίφημη Αρχή του Αρχιμήδη. Χρήσιμα, για την περίπτωση των καταδύσεων συμπεράσματα αυτής της αρχής, είναι τα ακόλουθα:
1) Αν το βάρος του σώματος είναι μικρότερο από το βάρος του εκτοπιζόμενου νερού, τότε το σώμα επιπλέει και λέμε ότι έχει θετική πλευστότητα.
2) Αν το βάρος του σώματος είναι μεγαλύτερο από το βάρος του εκτοπιζόμενου νερού, τότε το σώμα βυθίζεται και λέμε ότι έχει αρνητική πλευστότητα.
3) Αν τέλος, το βάρος του σώματος είναι ίσο με το βάρος του εκτοπιζόμενου νερού, τότε το σώμα ούτε επιπλέει, ούτε βυθίζεται και λέμε ότι έχει ουδέτερη πλευστότητα.
Οι περισσότεροι άνθρωποι έχουν θετική πλευστότητα και γιΆ αυτό επιπλέουν. Υπάρχουν όμως μερικοί, (περίπου ένας στους τριάντα) που έχουν αρνητική πλευστότητα. Αυτό γιατί ο μέσος όρος της πυκνότητας του σώματός τους, είναι μεγαλύτερος από την πυκνότητα του νερού και επομένως το βάρος τους είναι μεγαλύτερο από το βάρος του νερού που εκτοπίζουν. Δύο είναι οι κύριοι παράγοντες που συμβάλλουν στο να έχει ένας θετική ή αρνητική πλευστότητα. Ο πρώτος είναι το λίπος και τα κόκαλα. Ένας παχύς άνθρωπος επιπλέει πολύ καλύτερα από έναν αδύνατο, γιατί το λίπος έχει μικρότερη πυκνότητα από το νερό. Αντίθετα, επειδή τα κόκαλα έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα από το νερό, ένας με μεγάλα κόκαλα έχει μικρότερη πλευστότητα από ένα με μικρά.



Ο δεύτερος και σπουδαιότερος παράγοντας είναι ο όγκος των πνευμόνων. Όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος αυτός, τόσο μεγαλύτερη είναι και η πλευστότητα. Ο καθένας που κολυμπά, εύκολα καταλαβαίνει ότι έχει μεγαλύτερη πλευστότητα κατά την βαθιά εισπνοή, παρά κατά την εκπνοή. Όταν ένας κάνει ελεύθερη κατάδυση, τότε ο αέρας στους πνεύμονές του πιέζεται όλο και περισσότερο, ανάλογα με την αύξηση του βάθους. Συγχρόνως ο όγκος των πνευμόνων του μικραίνει, με αποτέλεσμα την παράλληλη μείωση και της πλευστότητάς του, η οποία όταν φτάσει στο βάθος των 6-8 μέτρων, θα είναι πλέον αρνητική. Αν εκεί αφήσει τον εαυτό του ελεύθερο, θα διαπιστώσει έκπληκτος ότι δεν ανεβαίνει ως συνήθως στην επιφάνεια, αλλά πηγαίνει κατΆ ευθεία στο βυθό. ΓιΆ αυτόν ακριβώς το λόγο, όσοι κατά το υποβρύχιο κυνήγι καταδύονται σε βάθη μεγαλύτερα των 10 μέτρων αναγκάζονται να βάλουν αρκετή δύναμη για νΆ αρχίσουν την ανάδυση, περισσότερη μάλιστα, όταν φορούν βάρη και στολή. Φυσικά, όταν φτάσουν στα πέντε περίπου μέτρα η πλευστότητά τους γίνεται πάλι θετική και η ανάδυσή τους εύκολη.

Οι αυτόνομες αναπνευστικές συσκευές είναι έτσι κατασκευασμένες, ώστε όταν είναι γεμάτες με αέρα, έχουν όση αρνητική πλευστότητα χρειάζεται για να εξουδετερωθεί σχεδόν η θετική πλευστότητα του μέσου ανθρώπου. Επομένως ένας αυτοδύτης, με τη συσκευή του έχει ουδέτερη πλευστότητα ή λίγο θετική, που την αντισταθμίζει με 1-2 κιλά βάρος. Όταν όμως φορεί προστατευτική ενδυμασία, έχει μεγάλη θετική πλευστότητα και γιΆ αυτό βάζει αρκετά βάρη στη ζώνη του. ΣΆ αυτό πρέπει να προσέξει ιδιαίτερα, γιατί όσο βαθύτερα καταδύεται, τόσο η πλευστότητά του γίνεται αρνητική.



Τα αέρια

Τα αέρια, όπως και οι άλλες μορφές της ύλης (στερεά και υγρά), αποτελούνται από μόρια. Και όταν λέμε μόρια, εννοούμε την μικρότερη διαίρεση στην οποία μπορεί να φτάσει ένα υλικό σώμα χωρίς να χάσει τις φυσικές του ιδιότητες. Το μόριο, δηλαδή, είναι η μονάδα της ύλης. Τα μόρια των αερίων κινούνται συνέχεια και όπως χτυπούν το ένα πάνω στο άλλο, ασκούν πίεση μεταξύ τους και πάνω στα τοιχώματα του χώρου μέσα στον οποίο βρίσκονται. Συνέπεια της φυσικής τους αυτής ιδιότητας, είναι να μην έχουν ορισμένο όγκο ή σχήμα. Έχουν όμως βάρος και συγκρινόμενα με τα υγρά, είναι πολύ ελαφρότερα και μπορούν να συμπιεστούν.



Ατμοσφαιρικός αέρας

Ο ατμοσφαιρικός αέρας, ο αέρας, δηλαδή, τον οποίο αναπνέουμε, δεν είναι όπως το νερό μια χημική ένωση, αλλά ένα απλό μίγμα αερίων, που αποτελείται από:

?ζωτο 78,084%
Αργό 0,934%
Οξυγόνο 20,946%
Διοξείδιο του άνθρακα 0,033%
Διάφορα αέρια σε μικρή ποσότητα
(νέο, ήλιο, ξένο, κρυπτό, υδρογόνο, μονοξείδιο του άνθρακα, ραδόνιο) 0,003%

Ο αέρας περιέχει ακόμη υδρατμούς και στις βιομηχανικές ή πολυκατοικημένες περιοχές μόρια σκόνης, καπνιάς, αιθαλομίχλης κ.λπ. Σε γενικές γραμμές μπορούμε να πούμε ότι ο αέρας περιέχει:
?ζωτο 79%
Οξυγόνο 21%

Το άζωτο (Ν2): Είναι αέριο άχρωμο, άοσμο και άγευστο. Χρησιμεύει ως μέσον αραίωσης του οξυγόνου, γιατί αυτό το ίδιο είναι αδρανές και ανίκανο να διατηρήσει τη ζωή ή την καύση. Όταν κατά την κατάδυση η πίεσή του γίνει μεγάλη, δρα ναρκωτικά στον εγκέφαλο προκαλώντας τη «νάρκωση αζώτου».

Το οξυγόνο (Ο2) Είναι αέριο άχρωμο, άοσμο, και άγευστο. Χωρίς να καίγεται μόνο του, είναι απαραίτητο για οποιαδήποτε καύση. Τίποτε δεν καίγεται αν δεν υπάρχει οξυγόνο. Και επειδή η λειτουργία όλων των ζωντανών οργανισμών δεν είναι άλλο, παρά ένα σύνολο από καύσεις (οξειδώσεις), γίνεται φανερό ότι χωρίς οξυγόνο είναι αδύνατο να υπάρξει ζωή. Είναι, λοιπόν, το αέριο της ζωής. Όταν όμως η πίεσή του περάσει τις 1,6 - 2 ατμόσφαιρες, κατά την αναπνοή επιφέρει σοβαρές ανωμαλίες στον οργανισμό.

Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) είναι αέριο άχρωμο, άοσμο και άγευστο, στην αναλογία που βρίσκεται στον αέρα. Σε μεγαλύτερη όμως αναλογία, έχει οσμή και γεύση ξινή. Το CO2 είναι χημική ένωση δύο ατόμων οξυγόνου και ενός ατόμου άνθρακα. Και είναι το τελικό προϊόν καύσεων. Όταν η πυκνότητα του CO2 αυξηθεί στον εισπνεόμενο αέρα, τότε η επίδρασή του στον οργανισμό προκαλεί δηλητηρίαση.

Τα ευγενή αέρια ή αδρανή αέρια είναι το αργό, το νέο, τα κρυπτό, το ξένο, το ήλιο και το ραδόνιο. Ονομάστηκαν έτσι γιατί είναι χημικώς αδρανή. Σημασία για τις καταδύσεις απέκτησε το ήλιο, που μπορεί να αντικαταστήσει το άζωτο στον εισπνεόμενο από τον αυτοδύτη αέρα, με αποτέλεσμα να μηδενίζεται ο κίνδυνος της ναρκώσεως αζώτου. Η παρασκευή του ηλίου είναι εξαιρετικά πολυδάπανη και μόνο στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου παραλαμβάνεται από τις φυσικές πηγές αερίων υπάρχει σε σχετική επάρκεια.