Kopš skolas gadiem visi zina, ka ūdens ir blīvāks par gaisu. Šī iemesla dēļ spiediena izmaiņas zem ūdens, iegremdējot, ir ātrākas nekā tās izmaiņas, palielinoties augstumam. Tātad, nolaižoties par 10 metriem, palielinās spiediens uz atmosfēru. Dziļās okeāna ieplakās, kas sasniedz 10 tūkstošus metru, šis skaitlis ir 1 tūkstotis atmosfēru. Tālāk tiks aprakstīts, kā mainās spiediens zem ūdens un kā tas ietekmē dzīvās būtnes.
Fizikālie aprēķini
Sāļā jūras ūdens blīvums ir par 1-2% lielāks nekā svaigam šķidrumam. Tāpēc ar noteiktu precizitāti var aprēķināt, kāds spiediens ir zem ūdens, jo, iegremdējot uz katriem 10 metriem, tas palielinās par vienu atmosfēru. Piemēram, zemūdene 100 metru dziļumā piedzīvo 10 atmosfēru spiedienu, ko var salīdzināt ar indikatoriem lokomotīves tvaika katla iekšpusē. No tā izriet, ka katram slānim jūrā ir savshidrostatiskais indekss. Visas zemūdenes ir aprīkotas ar manometriem, kas mēra ūdens spiedienu aiz borta, pamatojoties uz kuriem var noteikt iegremdēšanas pakāpi.
Lielā dziļumā ūdens saspiežamība kļūst pamanāma, jo tā blīvums dziļajos slāņos ir lielāks nekā uz virsmas. Un spiediens paaugstinās ātrāk nekā lineāri, kā rezultātā grafiks nedaudz novirzās no taisnas līnijas. Papildu spiediens, ko izraisa šķidruma saspiešana, palielinās līdz ar kvadrātu. Nolaižoties par 11 km, tas ir aptuveni 3% no kopējā spiediena šajā dziļumā.
Kā tiek pētītas jūras un okeāni
Pētījumā izmantoti batiskafi un batisfēras. Batisfēra ir tērauda lode ar tukšumu iekšpusē, kas spēj izturēt ļoti augstu dziļjūras spiedienu. Batisfēras sienā ir ievietots iluminators - hermētiska atvere, kas noslēgta ar stipru stiklu. Batisfēra ar pētnieku tiek nolaista no kuģa uz tērauda troses uz to ūdens slāni, kuru prožektors nevar apgaismot. Pateicoties šai ierīcei, bija iespējams nobraukt līdz 1 km. Batiskafi ar batisfēru (apakšā pastiprināta ar lielu tērauda tvertni), kas ir piepildīta ar benzīnu, var sasniegt vēl lielāku iegremdēšanu.
Tā kā benzīna blīvums ir mazāks nekā ūdens blīvums, šāda struktūra var pārvietoties jūrā, piemēram, zibens gaisā. Vieglās gāzes vietā tiek izmantots benzīns. Tajā pašā laikā batiskafs ir aprīkots ar balasta padevi un dzinēju, pateicoties kuriem, atšķirībā no batisfēras, tas var pārvietoties neatkarīgi, neprasot saziņu ar kuģi.virsma.
Spiediena pētījumi zem ūdens dziļumā
Sākumā batiskafs peld pa ūdeni kā peldoša zemūdens karote. Lai sāktu niršanu, tukšajos balasta nodalījumos tiek ielejams jūras ūdens, kā rezultātā konstrukcija sāk grimt arvien dziļāk zem ūdens, līdz tā sasniedz dibenu. Lai paceltos virspusē, balasts tiek atbrīvots, un bez liekas kravas batiskafs viegli paceļas virspusē.
Visdziļākā niršana, izmantojot batiskafu, tika veikta 1960. gada 23. janvārī, kad viņš 20 minūtes pavadīja Marianas tranšejā 10919 metru dziļumā zem ūdens, kur spiediens bija vairāk nekā 1150 atmosfēras (aprēķins tika veikts ņemot vērā šķidruma blīvuma palielināšanos saspiešanas un sāļuma dēļ). Eksperimenta rezultātā pētnieki atklāja dzīvas radības, kas dzīvo pat tik grūti sasniedzamās vietās.
Ūdens spiediens
Niršanas laikā akvalangs vai peldētājs saskaras ar hidrostatisko spiedienu pa visu ķermeņa virsmu, kamēr tas pārsniedz viņa ķermeņa parastos parametrus. Lai gan nirēja ķermenis var nebūt tiešā saskarē ar ūdeni gumijas tērpa dēļ, ūdenslīdēja ķermenis ir pakļauts tādam pašam spiedienam, kāds ietekmē peldētāja ķermeni, jo tērpā esošajam gaisam jābūt saspiestam, lai ņemtu vērā vides faktorus. Šī iemesla dēļ pat caur šļūteni piegādātais elpojošais gaiss ir jāiesūknē, ņemot vērā ūdens spiedienu paredzētajā dziļumā. Tam pašam indikatoram jābūt gaisam, kas tiek piegādāts no cilindriem uz nirēja masku. Tādējādi ūdenslīdējiem ir jāelpo gaiss ar neparastu ātrumu.
Pret spiedienu nepalīdzēs arī niršanas zvans vai kesons, jo tajā esošais gaiss ir jāsaspiež, lai tas nepakļūtu zem zvana, tas ir, jāpalielina līdz vides rādītājiem. Šī iemesla dēļ, pakāpeniski iegremdējot, notiek pastāvīga gaisa sūknēšana, paredzot ūdens spiedienu sasniegtajā dziļumā.
Augstas likmes slikti ietekmē cilvēka pašsajūtu un veselību, tāpēc ir noteikta robeža, līdz kurai cilvēki var strādāt, nekaitējot veselībai. Parasti, nirstot niršanas tērpā, tas sasniedz 40 metrus, kas atbilst 4 atmosfērām. Nirējs var nolaisties lielā dziļumā tikai stingrā skafandrā, kas uzņemsies ūdens spiedienu. Tas var droši ienirt līdz 200 metriem.
Ietekme uz cilvēka veselību
Ilgu laiku atrodoties zem ūdens augstā spiedienā, asinīs un citos ķermeņa šķidrumos izšķīdīs ievērojams gaisa daudzums. Ja strauji paceļas ūdenslīdējs uz virsmas, tad izšķīdušais gaiss sāks izdalīties no asinīm burbuļu veidā. Pēkšņa burbuļu izdalīšanās var izraisīt stipras sāpes visā ķermenī un izraisīt dekompresijas slimību. Tāpēc var paiet ilgs laiks (vairākas stundas), līdz izšķīdušās gāzes pakāpeniski un bez burbuļiem izdalīsies, lai paceltu ūdenslīdēju, kurš ilgstoši strādājis lielā dziļumā.
Jūras spiediens un jūras dzīvnieki
Lai gan iepriekš tika norādītas milzīgās spiediena vērtības jūras dzelmē, jūras dzīvniekiem tie nav tik nozīmīgi rādītāji. Vietējie iedzīvotāji dienas laikā var viegli un mierīgi izturēt milzīgas šī rādītāja svārstības. Tomēr daži šādi dzīvnieki ļoti labi panes krasas spiediena izmaiņas. Piemēram, jūras asaris uzbriest, kad to nogādās uz sauszemes, īpaši, ja to ļoti ātri izņem no ūdens.
Atmosfēras spiedienu zem ūdens ir diezgan viegli aprēķināt. Pietiek atcerēties, ka uz katriem 10 metriem ir 1 atmosfēra. Tomēr lielākā dziļumā spēlē citi rādītāji, piemēram, kompresija un ūdens blīvums. Šajā sakarā būs jāveic aprēķins, ņemot vērā šīs vērtības.
