Сжатие и расширение воздуха при подводном погружении

Изменение объема воздуха внутри организма также может привести к серьезным нарушениям. При увеличении давления воздух сжимается и соответственно занимает меньшее пространство, то есть объем его уменьшается. И, наоборот, при уменьшении давления воздух расширяется, то есть объем его увеличивается. Например, когда давление удваивается (как при нырянии на глубину 10 м), объем воздуха уменьшается в два раза, а когда давление уменьшается в два раза (как при подъеме с глубины 10 м), объем воздуха вдвое увеличивается. Таким образом, если ныряльщик делает вдох на глубине 10 м и поднимается, не делая выдоха, объем воздуха в легких удваивается, и происходит их перераздувание, что иногда приводит к смерти. Именно поэтому ныряльщики, использующие аппараты для подачи воздуха, например акваланг с резервуаром, не должны задерживать дыхание во время подъема. Воздух, который ныряльщик вдохнул на глубине – даже если это глубина плавательного бассейна, необходимо выдохнуть во время подъема.

Поскольку при повышенном давлении воздух сжимается, при каждом вдохе, сделанном на глубине, в легкие ныряльщика поступает намного больше молекул воздуха, чем при вдохе на поверхности. Например, на глубине 20 м (3 абсолютные атмосферы) при каждом вдохе в легкие попадает в 3 раза больше молекул воздуха, чем при вдохе на поверхности, и поэтому воздух в резервуаре заканчивается в 3 раза быстрее. Следовательно, чем глубже спускается ныряльщик, тем быстрее исчерпывается запас воздуха.

Сжатый воздух на глубине более плотный (содержит большее количество молекул), чем воздух на поверхности, поэтому требуется большее усилие, чтобы провести его через дыхательные пути и дыхательный аппарат, то есть дышать на глубине тяжелее, чем на поверхности. В этих условиях углекислый газ не всегда в достаточной мере выводится из легких, и его содержание в крови может увеличиться, что иногда вызывает обморок.

Некоторые модели аквалангов снабжены системой возвратного дыхания, позволяющей ныряльщику оставаться под водой более долгое время. Пример такого аппарата – замкнутая система возвратного дыхания, которая снабжает ныряльщика свежим кислородом; остальная часть воздушной смеси вдыхается повторно. Необходимое количество свежего кислорода составляет приблизительно 1/20 часть общего количества воздуха, требуемого для вдоха, и не возрастает с увеличением глубины, так что в большинстве случаев достаточно небольшого запаса кислорода в резервуаре. Основной недостаток систем возвратного дыхания заключается в том, что углекислый газ, выдыхаемый ныряльщиком, количество которого почти равно количеству потребляемого кислорода, должен быть поглощен химическим путем. Если поглощение не происходит или если оно неадекватно, уровень углекислого газа в повторно вдыхаемом газе возрастает. Ныряльщик может не заметить этого – например, при необходимости увеличить частоту дыхания или при появлении нехватки воздуха – и в результате потерять сознание.

Повышение содержания углекислого газа в крови (отравление углекислым газом) может вызывать обморок или спутанность сознания. Иногда накопление углекислого газа возникает потому, что ныряльщик должным образом не увеличивает частоту дыхания во время нагрузки. При высоком содержании углекислого газа в крови повышается вероятность судорог в результате токсического действия кислорода, а также тяжесть азотного наркоза. Отравление углекислым газом чаще происходит у тех ныряльщиков, которые после погружения испытывают головную боль, а также у тех, кто, стремясь продемонстрировать свои возможности, экономит воздушную смесь при дыхании под водой.

Ситуация при нырянии может быть осложнена плохой ­видимостью, наличием течений, для борьбы с которыми требу­ются напряженные физические усилия, и холодом. Переохлаждение (гипотермия) в воде может развиваться быстро; оно cопровождается нарушением координации движений и расстройством мышления. У некоторых людей холодная вода может провоцировать опасные для жизни нарушения сердечного ритма. Отравление угарным газом, который может содержаться в воздушной смеси, вызывает резкое ухудшение самочувствия и иногда бывает смертельным. Симптомы отравления угарным газом включают тошноту, головную боль, слабость, нарушение координации движений и психические расстройства. Если человек принимает какие-либо лекарственные препараты, алкоголь или наркотики, то при погружении на большую глубину у него могут возникать совершенно нестандартные явления.