Autor: Izabela Białkowska, Centrum Nauki EXPERYMENT
Ziemię nazywamy błękitną planetą. Ponad 70% powierzchni pokrywają oceany, a ich średnia głębokość to 3800 m. Najgłębszym miejscem na naszym globie jest Głębia Challengera w Rowie Mariańskim. Jej głębokość to 10 911,4 m. Do dnia dzisiejszego żaden człowiek nie postawił w tym miejscu swojej stopy, a jedynie 3 osoby zeszły na tę głębokość w batyskafach. Dla porównania, po powierzchni Księżyca spacerowało 12 osób. Dlaczego zatem łatwiej chodzić po Księżycu niż po dnie oceanów? Można powiedzieć, że największym wrogiem głębokich spacerów jest ciśnienie hydrostatyczne, upraszczając – siła nacisku wody na obiekty, które się w niej znajdują. Mierzy się ją w atmosferach i zależy wyłącznie od głębokości.
Przyjmuje się, że ciśnienie na powierzchni Ziemi równa się jednej atmosferze – jest to nacisk powietrza na wszystkie obiekty. Gdyby zapytać, ile waży powietrze, pierwsza nasuwająca się odpowiedź to „nic”. Ludzie są tak przyzwyczajeni do życia pod ciśnieniem powietrza o wartości 1 atmosfery, że praktycznie stało się ono niezauważalne. Jak to się ma do ciśnienia hydrostatycznego? Policzono, że słup wody o wysokości 10 metrów ma taki sam nacisk jak atmosfera na powierzchnię Ziemi. Oznacza to, że na 10 m pod wodą, działa na nas siła dwa razy większa niż na powierzchni wody i będzie rosła o jedną atmosferę co każde następne 10 m. Na 20 m będzie działać ciśnienie 3 ATM, na 100 – 11 ATM, a na 4000 m aż 401 ATM, czyli ciśnienie 400 razy większe niż na powierzchni. Biorąc pod uwagę, że średnia głębokość oceanów wynosi 3800 m, stanowi to poważne wyzwanie dla spacerów po dnie.
Ciśnienie to najważniejszy, ale nie jedyny problem. Schodząc pod wodę człowiek wkracza w obce dla siebie środowisko, do którego nie jest przystosowany. Nasze zmysły, takie jak wzrok czy słuch, działają inaczej. Dochodzą do tego inne problemy, takie jak wychłodzenie organizmu oraz utrudnione poruszanie się. Jednak najważniejsze pytanie z wszystkich brzmi: jak oddychać pod wodą?
Nasze płuca są komorą powietrzną, która u wysportowanych ludzi może osiągnąć objętość 6 litrów. Pamiętając, że na 10 m pod wodą ciśnienie jest dwa razy większe, ta objętość zmniejszy się do 3 litrów, a na 30 m zostanie tylko 1,5 litra. Warto wspomnieć, że już na głębokości kilku metrów nie jesteśmy w stanie wziąć wdechu – nasze mięśnie oddechowe są przystosowane do pracy pod ciśnieniem jednej ATM. Jak można temu zaradzić? Najprostszym sposobem jest wyrównanie ciśnienia, czyli podanie nurkowi powietrza pod takim samym ciśnieniem, z jakim naciska otaczająca go woda. Ale jak to zrobić?
Pierwsze aparaty do oddychania pod wodą składały się z ciężkiego hełmu nurkowego oraz rurki, która doprowadzała powietrze. Nurek mógł zejść bardzo płytko i przebywać pod wodą krótko. Jego zasięg był ograniczony długością węża. Na przełomie XVII i XVIII w. dodano zawór do hełmu, dzięki któremu można go było opróżnić ze zużytego powietrza, następnie zaczęto używać sprężarek, co znacznie zwiększyło głębokość nurkowania.
Przełom nastąpił w 1924 r., kiedy to Yves Le Prieur wynalazł aparat do swobodnego nurkowania. Oznaczało to odcięcie od „nurkowej pępowiny”. Ideą działania było oddychanie sprężonym powietrzem zabieranym ze sobą pod wodę w butli. Za pomocą reduktora na powierzchni ustawiano stały wydatek powietrza pod ciśnieniem, odpowiadającym głębokości, na którą planował zejść nurek. Jako że aparat podawał powietrze pod ciśnieniem takim samym jak ciśnienie na ustawionej głębokości, osoba nurkująca nie miała problemu z wzięciem wdechu. Aparat miał stały wydatek – powietrze wypływało, bez względu na to, czy nurek chciał wziąć wdech, czy nie. Powietrza starczało mniej więcej na 10 minut.
W 1933 r. Louis de Corlieu wynalazł gumowe płetwy, które jedynie z niewielkimi zmianami używane są do dnia dzisiejszego. Maska całotwarzowa, która umożliwiła wyrównanie ciśnienia, pojawiła się w 1936 r. Nurkowanie stało się modne i dużo bardziej powszechne. Nurkowano w wodach ciepłych, jedynie w kąpielówkach.
1937 to rok zawiązania grupy miłośników podwodnych wypraw. Jej założycielami byli: Jacques-Yves Cousteau, Philippe Tailliez i Frederico Dumas. To ich nazywamy ojcami współczesnego nurkowania swobodnego, a wiele osób zawdzięcza im własną fascynację podwodnym światem. Tailliez jako pierwszy użył rurki oddechowej oraz wynalazł sposób zapobiegający parowaniu szyby maski, który stosowany jest po dziś dzień. W 1938 r. zespół opracował pierwszy strój do nurkowania zapobiegający wychłodzeniu.
Rok 1942 należy do najważniejszych w historii nurkowania swobodnego. Cousteau we współpracy z Emilem Gagnanem zbudowali pierwszy aparat powietrzny. Był to przerobiony reduktor powietrza samochodu z aparatem gazowym. Aparat podawał powietrze pod ciśnieniem otaczającej wody, natomiast wydatek powietrza z butli był inicjowany podciśnieniem wytworzonym przez wdech nurka. Aparat znacząco przedłużył czas nurkowania oraz pozwolił przekroczyć granicę głębokości 30 m. W 1943 roku aparat wszedł do produkcji.
W dzisiejszych czasach nurkowanie rekreacyjne jest powszechnie dostępne. Nie należy jednak nurkować bez odpowiedniego przeszkolenia. Oddychanie sprężonym powietrzem niesie za sobą zagrożenia, takie jak: uraz ciśnieniowy, narkoza azotowa czy choroba dekompresyjna. Granica głębokości dla nurkowania ze sprężonym powietrzem ustawiona jest bezpiecznie na 40 m. Głębiej mogą schodzić przeszkoleni nurkowie techniczni, używając specjalnych mieszanek gazów oddechowych. Obecny rekord głębokości w nurkowaniu swobodnym wynosi 332,25 m. Podczas rekordowego nurkowania Ahmed Gabr spędził ponad 14 godzin pod wodą.
