Зі шкільних років всім відомо, що вода щільніше повітря. З-за цього зміна тиску під водою з зануренням відбувається швидше, ніж зміна його при збільшенні висоти. Так, при спуску на 10 метрів відбувається зростання тиску на одну атмосферу. У глибоких океанічних западинах, що досягають 10 тисяч метрів, цей показник становить 1 тисячу атмосфер. Як дізнатися, як змінюється тиск під водою і як воно впливає на живих істот, буде описано нижче.
Фізичні розрахунки
Густина солоної морської води на 1-2% вище показника прісної рідини. Тому з певною точністю можна вирахувати, який тиск під водою, тому що при зануренні на кожні 10 метрів відбувається його зростання на одну атмосферу. Наприклад, підводний човен на глибині 100 метрів відчуває тиск до 10 атмосфер, що можна порівняти з показниками усередині парового котла в паровозі. З цього випливає, що кожному шару в море відповідає свій гідростатичний показник. Всі підводні човни забезпечені манометрами, які вимірюють тиск води за бортом, на підставі чого можна визначити ступінь занурення.
На великій глибині стає помітною стисливість води, оскільки її щільність у глибоких шарах вище, ніж на поверхні. І тиск зростає швидше, ніж за лінійним законом, з-за чого графік злегка відхиляється від прямої лінії. Додатковий тиск, викликаний стисненням рідини, збільшується пропорційно квадрату. При спуску на 11 км вона складає близько 3% від всього тиску на цій глибині.
Як досліджують моря і океани
При вивченні використовуються батискафи і батисфери. Батисфера – це сталева куля з порожнечею всередині, який витримує дуже високий тиск морських глибин. В стінку батисфери ставиться ілюмінатор – герметичне отвір, закрите міцними склом. Батисферу з дослідником опускають з корабля на сталевому тросі до того шару води, який не може висвітлити прожектор. Завдяки цьому пристосуванню вдавалося спуститися до 1 км. Батискафи з батисферой (укріпленої внизу великий цистерною з сталі), яка заповнена бензином, може досягти ще більшого занурення.
Оскільки щільність бензину менше води, подібна конструкція може переміщатися в море, немов дирижабль в повітрі. Замість легкого газу використовується бензин. При цьому батискаф забезпечений запасом баласту і двигуном, завдяки якому він, на відміну від батисфери, може пересуватися самостійно, не вимагаючи зв’язку з кораблем на поверхні.
Дослідження тиску під водою на глибині
Спочатку батискаф плаває по воді, наче спливла підводний ложка. Для початку занурення в порожні баластні відсіки вливається забортної вода, з-за чого конструкція починає опускатися під воду все глибше і глибше, поки не досягне дна. Для спливання на поверхню виконується скидання баласту, і без зайвого вантажу батискаф легко піднімається на поверхню.
Саме глибоке занурення з використанням батискафа було виконано 23 січня 1960 року, коли він пробув 20 хвилин в Маріанської западини на глибині 10919 метрів під водою, де тиск становило понад 1150 атмосфер (розрахунок проводився з урахуванням підвищення щільності рідини з-за стиснення і солоності). За підсумками експерименту дослідники виявили живих істот, що мешкають навіть в таких важкодоступних місцях.
Тиск води
Пірнаючи, аквалангіст або плавець стикається з гідростатичним тиском по всій поверхні тіла, при цьому воно перевищує нормальні показники його організму. Хоча тіло водолаза може не стикатися з водою безпосередньо за рахунок гумового костюма, він стикається з тим же тиском, що впливає на тіло плавця, оскільки повітря в скафандрі потрібно стиснути з урахуванням показників навколишнього середовища. З-за цього навіть подається через шланг повітря для дихання має закачуватися з урахуванням тиску води на глибині. Той же показник зобов’язаний бути у повітря, що доставляється з балонів в маску аквалангіста. Таким чином, нирцям доводиться дихати повітрям з незвичними показниками.
Не допоможе від тиску і водолазний дзвін або кесон, оскільки в ньому слід стиснути повітря, щоб він не потрапив під дзвін, тобто збільшити до показників навколишнього середовища. З цієї причини при поступовому зануренні відбувається постійна підкачка повітря з розрахунком на тиск води на досягнутій глибині.
Високі показники погано впливають на самопочуття і здоров’я людини, через що є певна межа, до якого можуть працювати люди без шкоди для здоров’я. Зазвичай при пірнанні у водолазному костюмі він досягає 40 метрів, що відповідає 4 атмосферам. Опуститися на велику глибину водолаз може тільки в жорсткому скафандрі, який візьме на себе тиск води. В ньому можна спокійно поринути до 200 метрів.
Вплив на здоров’я людини
При тривалому перебуванні під водою при високому тиску чимала кількість повітря розчиниться в крові та інших біологічних рідинах тіла. Якщо відбудеться швидкий підйом водолаза на поверхню, то розчинений повітря почне виділятися з крові у вигляді бульбашок. Різке виділення бульбашок може призвести до появи сильної болі по всьому тілу і призвести до кесонної хвороби. Тому підняття водолаза, довго пропрацював на великій глибині, може зайняти багато часу (кілька годин), щоб розчинений газ виділявся поступово і без бульбашок.
Тиск в море і морські тварини
Хоча раніше були вказані величезні значення тиску, що має місце на дні моря, для морських тварин це не настільки суттєві показники. Місцеві мешканці можуть протягом доби легко і спокійно переносити величезні коливання цього показника. Однак деякі такі тварини дуже погано переносять різку зміну тиску. Наприклад, при витягуванні на сушу морський окунь роздується, особливо якщо його дуже швидко витягти з води.
Атмосферний тиск під водою досить просто розраховується. Досить запам’ятати, що на кожні 10 метрів припадає 1 атмосфера. Однак на великих глибинах вступають в силу і інші показники, такі як стиснення і щільність води. У зв’язку з чим доведеться проводити розрахунок з урахуванням цих значень.
