Многочисленные исследования показывают, что основным препятствием для проникновения человека на большие глубины является биологическое воздействие повышенного давления на организм, сказывающееся прежде всего в функциональных изменениях деятельности организма.

Известно, что действие любого газа на организм зависит не только от его содержания в атмосфере, но и от его давления. Заметим, что газ, находящийся в составе газовой смеси, производит давление независимо от других газов. Это давление, называющееся парциальным, зависит от процентного содержания газа и величины общего давления газовой смеси.

Вдыхаемый человеком воздух состоит из азота, кислорода, аргона, неона, криптона, гелия, углекислого газа и других газов. Однако, в то время как на долю азота приходится 78,13 %, кислорода 20,9 %, аргона и других газов 0,94 % вдыхаемой человеком смеси, на долю углекислого газа приходится всего лишь 0,03 %.

Рассмотрим влияние каждого газа на организм человека при повышении давления воздуха.

Физиологами установлено, что действие любого газа на организм человека зависит от величины его парциального давления, но не от процентного содержания. Так, на организм водолаза при увеличении парциального давления азот действует наркотически, хотя процентное содержание его в сжатом воздухе остается таким же, как и на поверхности.

При нормальном давлении воздуха парциальное давление азота, равное 608 мм рт. ст., практически не оказывает никакого влияния на организм человека. Однако с повышением парциального давления азота человеком овладевает возбужденное состояние, похожее на опьянение. Так, уже при 6 атмосферах давления воздуха водолаз нередко начинает петь песни, возбужденно разговаривать, беспричинно смеяться. При увеличении давления воздуха опьяняющее действие азота усиливается и у водолаза пропадает память, наступает расстройство движений рук и пальцев, появляются галлюцинации. С дальнейшим нарастанием давления воздуха водолаз, как правило, теряет сознание.

Особенно сильное воздействие азота на организм проявляется при давлении, превышающем 6–8 атмосфер. Следовательно, можно сказать, что глубина погружения человека в вентилируемом сжатым воздухом водолазном снаряжении из-за воздействия азота на организм ограничивается 60 м. В настоящее время для дыхания водолаза при спусках на глубины 60 м и более используется не оказывающий на организм человека заметного наркотического действия гелий в смеси с кислородом.

Парциальное давление кислорода в атмосферном воздухе составляет 160 мм рт. ст. (0,209 кг/см²). Практически установлено, что при парциальном давлении кислорода, равном 3 атмосферам и более, водолаз заболевает так называемым «кислородным отравлением».

Различают две формы кислородного отравления: легочную и судорожную. Легочная форма кислородного отравления развивается при длительном (более 10 ч) вдыхании сжатого воздуха, т. е. воздуха, в котором парциальное давление кислорода несколько повышено (до 2 атмосфер). Наиболее опасна судорожная форма кислородного отравления, наступающая при парциальном давлении кислорода, превышающем 3 атмосферы.

Парциальное давление кислорода в 3 атмосферы наступает на глубине около 140 м, значит, и глубина погружения человека в водолазном снаряжении, вентилируемом сжатым воздухом, ограничивается 140 м.

Несколько слов о насыщении организма водолаза индифферентными газами, в основном азотом. Индифферентные газы не участвуют в жизненных процессах и находятся в крови и тканях человека в растворенном состоянии. Количество растворенного в организме человека индифферентного газа пропорционально его парциальному давлению. С увеличением парциального давления индифферентного газа растворимость его в крови человека увеличивается. Растворенный газ разносится с кровью по всему организму, переходит в ткани и растворяется также и в них. Возвращаясь в легкие, кровь вновь насыщается газами и разносит их по всему организму. Так происходит до полного насыщения тканей индифферентными газами.

При понижении парциального давления газа описанный процесс идет в обратном порядке. Однако скорость насыщения и рассыщения неодинакова. Если насыщение организма газами происходит безболезненно, то при понижении давления (особенно при быстром понижении) газ из тканей выделяется так интенсивно, что кровь не успевает выносить его в легкие, и он задерживается в ней в виде мелких газовых пузырьков, которые, двигаясь вместе с током крови, закупоривают кровеносные сосуды, в результате чего может наступить паралич и даже смерть. Эту болезнь, называющуюся кессонной, можно предотвратить, совершая подъем водолаза с глубины постепенно, с остановками, во время которых газовые пузырьки растворяются в крови, и последняя успевает выносить газ в легкие. Постепенное снижение давления на организм водолаза называется декомпрессией.

Из приведенного выше анализа видно, что возможности спуска водолаза на большие глубины ограничены. Усиленные исследования, которые проводятся в США и в других капиталистических странах, показывают, что, применяя для дыхания различные смеси, человек может погружаться лишь на глубину до 200 м.

Правда, в последние годы отдельные исследователи погружались и на большие глубины. В связи с этим следует упомянуть о погружениях Ганса Келлера — молодого швейцарского математика, который совместно с известным врачом-физиологом Альбертом Бюльманом разработал новую теорию азотного наркоза. В противоположность общепринятой теории, согласно которой наркоз вызывается чрезмерным насыщением крови азотом, Келлер и Бюльман полагают, что причиной его является соединение кислорода высокого давления с большим количеством углекислого газа в крови. Основываясь на этом предположении, Келлер и Бюльман разработали теорию применения новых газовых смесей, а также некоторые технические приемы спусков и подъемов водолаза, благодаря которым Келлеру удалось сделать ряд погружений на глубину до 300 м; причем подъем с этих глубин производился в рекордно быстрое время. Так, подъем с глубины 155 м занял у Келлера всего 45 мин, в то время как по классической схеме декомпрессии он должен был длиться около 7 ч.

Исследования последних лет позволяют надеяться, что существуют неизведанные еще пути, следуя которыми, человек может проникать все дальше и дальше в глубь подводного мира.

Итак, глубина погружения в водолазном снаряжении ограничена вследствие физиологического воздействия давления воды на организм человека. Стало быть, достигнуть больших глубин можно лишь в жестких замкнутых камерах, способных выдерживать огромные давления. Поэтому подлинные глубоководные погружения стали возможны только в начале двадцатого столетия, когда человек сумел спроектировать и построить замкнутые, достаточно прочные камеры.

Первой близкой к современным камерой, по-видимому, следует считать подводную камеру Ганса Гартмана, которую он построил в 1911 г. Камера Гартмана была оборудована специальной оптической системой для фотографирования на расстоянии до 38 м. Для освещения камеры применялись аккумуляторные батареи. Углекислота, выделяемая при дыхании человека, поглощалась специальным прибором. В этой камере, спускаемой и поднимаемой на стальном тросе, Гартман сумел достичь глубины 458 м.

Следующей подводной камерой был советский гидростат, сконструированный в 1923 г. инженером Г. И. Даниленко (рис. 2).

Рис. 2. Гидростат Даниленко.

Корпус гидростата — клепаный цилиндр со сферическими донышками. Он имел иллюминатор с наружным освещением для наблюдения. Для аварийного всплытия в нижней части гидростата размещался балласт, привод отдачи которого приводился в действие изнутри камеры.

При помощи гидростата Г. И. Даниленко производились поиски затонувших кораблей. Так, в Черном море был найден английский корабль «Черный принц», а в Финском заливе — канонерская лодка «Русалка», затонувшая в 1893 г.