Попробовали сами. Но редко кому удавалось удержаться под водой даже две минуты. А среди туземцев были люди, которые выдерживали больше четырёх.
Конечно, проще всего было объяснить это привычкой или тем, что у туземцев «лужёные» лёгкие. Многие так и делали. Однако и среди наблюдателей попадались люди серьёзные, интересующиеся. Они заметили, что опытный ныряльщик, прежде чем погрузиться, проделывает странные движения, похожие на зарядку. Поднимает руки, разводит их в стороны, опускает, делая при этом глубокие вдохи и выдохи.
В конце концов учёные раскрыли секрет ныряльщиков. Глубокое дыхание назвали «гипервентиляцией», а состояние, при котором нет желания дышать, задержку дыхания, – апноэ.
Стала понятной и причина этого явления. Обычно в альвеолярном воздухе содержится около 5,5 процента углекислого газа. Когда этот процент повышается до 6, срабатывает датчик, передающий тревожный сигнал в «центр». Дыхательный центр даёт команду – возникает непреодолимое желание дышать.
Гипервентиляция, то есть усиленная вентиляция легких, «вымывает» из альвеол часть углекислого газа. Проходит несколько минут, прежде чем его содержание в альвеолах вновь достигнет 6 процентов. И всё это время дыхательный автомат, естественно, не работает.
Вымывание углекислого газа – одна сторона дела. Если бы всё этим ограничивалось, гипервентиляция была бы вредна для организма. Перерыв в дыхании приводил бы к кислородному голоду.
Однако усиленное дыхание не только уменьшает содержание углекислого газа в лёгких, но и увеличивает запас кислорода. Обычно в альвеолярном воздухе меньше кислорода, чем в атмосфере (13–15 процентов вместо 21). Гипервентиляция устраняет это неравенство – альвеолярный воздух обогащается кислородом. Дополнительное его количество (всё-таки 6 процентов!) позволяет человеку спокойно пробыть под водой лишних две минуты.
– Но вы находились под водой больше девяти минут! – не может удержаться Смолин.
– Правильно. Мы усовершенствовали этот способ. Мы применяем не просто гипер, а гипер-окси, или, сокращенно, оксивентиляцию.
– А нельзя ли яснее?
Я объясняю, хотя, по-моему, всё ясно. Для усиленной вентиляции лёгких мы используем не воздух, как делают ныряльщики, а чистый кислород. При этом углекислый газ вымывается гораздо полнее, и содержание его в альвеолярном воздухе падает до 3, может быть, и до 2 процентов. Содержание же кислорода резко возрастает. Не на какие-то жалкие 6, а на десятки процентов! Альвеолы заполняются чуть ли не чистым кислородом, и этого запаса хватает для снабжения организма в течение многих минут.
– М-да, интересно, – тянет Смолин. И тут же: – А какое это может иметь практическое значение?
Практика для него – всё. Я уверен, что, если бы мы открыли звезду, находящуюся от Земли на расстоянии в миллион световых лет, Смолин спросил бы: «А как эту самую звезду приспособить к делу?»
Выясняется, что над практическим применением оксивентиляции мы не думали. Ну, облегчает труд ныряльщиков… Позволяет устанавливать мировые рекорды в нырянии…
– Соревнования на дальность ныряния и на длительность нахождения под водой у нас в стране запрещены, – напоминает Д.Д.
Да, это так. За границей такие соревнования проводились, и были несчастные случаи.
– Кстати, насчёт «Мексиканца», – говорит Смолин. – Там бокс. А в боксе очень важно дыхание. Я видел, в перерывах между раундами машут полотенцами, гонят воздух. Но сколько нагонишь? А тут чистый кислород. С этим баллоном (он берёт в руки маленький баллончик, которым мы пользовались) вы будете непобедимы!
Я со злостью смотрю на Гену. Кто его тянул за язык вспоминать «Мексиканца». Конечно, Смолин прав: кислород – очень важно. И если бы бокс состоял из одних перерывов, мы, несомненно, стали бы чемпионами. К сожалению, есть еще раунды…
Поговорив о боксе, Смолин перешел к вещам более серьёзным. Нельзя ли, например, использовать оксивентиляцию для спасения экипажа затонувшей подводной лодки? В таких случаях обычно пользуются кислородными аппаратами. Но бывают случаи, когда люди остаются в отсеках, где нет аппаратов. Если лодка лежит на большой глубине, выплыть на поверхность просто так, без прибора, нельзя – не хватит дыхания. Оксивентиляция (кислорода на подводной лодке достаточно) решит эту проблему.
Со знанием дела Смолин перечислил ещё несколько случаев, когда апноэ может быть полезным.
Через некоторое время в одной из книг мы нашли описание оксивентиляции. Это был удар. Оказалось, что она известна науке, а наши результаты далеки от лучших достижений. В одном из опытов длительность апноэ достигала… 15 минут. Четверть часа без дыхания!
С открытием мы опоздали. Однако некоторые способы практического использования апноэ, подсказанные Смолиным, оказались оригинальными.
Например, в английском флоте для спасения экипажа подводных лодок вместо дыхательных аппаратов применяют оксивентиляцию. Правда, боясь отравлений, англичане пользуются не чистым кислородом, а смесью из 60 процентов кислорода и 40 процентов азота.
От дыхательных приборов отказались. Практика показала, что в нужный момент их обязательно не хватает. После аварии уцелевшие члены экипажа обычно переходят в отсек, где есть спасательный люк. Разместить все приборы в этом отсеке невозможно.
Сейчас в каждой лодке установлены кислородные баллоны. От них протянуты кислородные трубопроводы со штуцерами, к которым можно подключить шланг от маски. До открытия люка люди дышат из этой системы (она называется БИБС). Когда люк открывают, человек делает несколько глубоких вдохов-выдохов и ныряет. Запаса кислорода в легких хватает на подъём с глубины 60–65 метров…
А как же азотная болезнь? Она не возникает. В подводной лодке человек дышит воздухом под нормальным давлением. Поэтому избыточного азота в его крови нет. Правда, чтобы открыть люк, нужно давление в отсеке уравнять с наружным. Но это длится всего несколько минут, и азот не успевает насытить кровь. К тому же человек в это время дышит воздухом, где азота только 40 процентов.
Как видите, идеи не пропадают. Однако в 1948 году мы думали, что не только изобрели новый способ выхода из затонувшей подводной лодки, но и открыли оксивентиляцию. А к своим открытиям мы относились серьёзно. Поэтому я нисколько не удивился, когда Гена сказал:
– Надо проверить, как там с кислородом. Чтобы не повторилась история с перекисью.
Я кивнул. Если с получением кислорода плохо, Смолин заставит изобретать новый способ. Лучше это делать не за три дня.

АКАДЕМИК ИЗ ЛАГАДО

Если человек гениален, тут ничего не поделаешь. Сам он может воображать, что говорит чепуху, его современники могут в это верить. Но пройдут годы, и в нечаянно брошенных словах потомки с изумлением обнаружат зёрна великого открытии.
Описывая путешествия Гулливера, гениальный английский сатирик Джонатан Свифт (в детстве его считают приключенческим писателем, но я надеюсь, вы уже вышли из этого возраста) приводит своего героя на остров Лапуту и даёт ему возможность подробно ознакомиться с академией в городе Лагадо. Критики – с тех времён и до наших дней – единодушно отмечают, что описание академии представляет собой великолепную сатиру на учёных, оторванных от жизни, витающих в облаках.
Конечно, так оно и есть. Ещё и сейчас попытки добывать солнечную энергию из огурцов кажутся смешными. Но я не могу ручаться за будущее. С гениями лучше быть осторожным. Я убедился в этом, прочитав описание современного промышленного способа получения кислорода.
Мир, в котором мы живём, настолько богат кислородом, что добывать его, в принципе, можно из всего: из дерева, из песка или глины, из ржавой вилки, помидора и книги. Однако отсюда не следует, что в этом есть смысл. Смысла как раз нет. Кислород, выделенный из дерева, стоил бы немногим дешевле серебра. Подобную роскошь мы не можем позволить себе.
Конечно, нет смысла получать кислород и любым из «школьных» способов: из окиси ртути, перманганата калия, бертолетовой соли. Все эти вещества слишком дороги. Вообще из химических способов интерес представляют только два: электролиз воды и разложение окиси-перекиси бария.
Разложить воду электрическим током достаточно просто. Чтобы улучшить электропроводность, в воду добавляют щёлочь – обычно едкий натр. Затем через раствор пропускают постоянный ток.
Недостаток у этого способа только один – большой расход энергии. На получение кубического метра кислорода затрачивается 12–15 киловатт-часов. Поэтому кислород получают из воды лишь тогда, когда нужен не только кислород, но и водород и есть дешёвая электрическая энергия.
Окисно-перекисный способ остроумен – это, пожалуй, его главное достоинство. Окись бария (BaO), нагретая до 540 градусов, поглощает кислород из воздуха и превращается в перекись (BaO 2 ). При дальнейшем нагревании до 870 градусов перекись бария разлагается, превращаясь в окись и выделяя чистый кислород. Кислород можно собрать, а окись вновь охладить и проделать всё снова. Получается своеобразный «химический насос», выкачивающий кислород из воздуха.
Просто и красиво. К сожалению, для нагревания перекиси нужно много теплоты, а для охлаждения – много времени. В результате и этот путь имеет лишь теоретическое значение.
Впрочем, в смысле остроумия другие способы могут смело поспорить с окисно-перекисным. Например, диффузионный. Камера, разделённая на части пористой перегородкой. В одной части – воздух, в другой создается вакуум. Газы начинают проходить (диффундировать) сквозь перегородку. При этом скорее будут проскальзывать более лёгкие молекулы (с меньшим молекулярным весом). Молекула кислорода тяжелее. Значит, азот в основном уйдет; кислород же в основном останется. Для промышленности способ, увы, слишком изящен…
Мне больше всего понравился ещё один путь, по-моему, чрезвычайно оригинальный. Я вообще люблю, когда человек использует опыт природы. За миллиарды лет природа многому «научилась», и, право же, не грех кое-что у неё позаимствовать.
Организм, как вы помните, получает кислород с помощью гемоглобина. Гемоглобин берёт кислород из воздуха, а потом отдает его клеткам.
Салькомин – вещество, приготовленное искусственно, – похож на гемоглобин. При температуре 35 градусов и давлении в 7,5–8,5 атмосферы он поглощает кислород. А затем отдаёт, когда температура и давление снижаются. Из 50 килограммов салькомина можно за час получить около 10 килограммов кислорода. Не мало, хотя и не очень много. Зато кислород исключительно чистый (природа умеет работать!). В медицинских целях этот способ уже применяется.
Промышленный кислород получают иначе. Не так оригинально и красиво, но гораздо дешевле и в огромных количествах. И тут самое время вспомнить Джонатана Свифта и его неутомимого Гулливера – путешественника, судового врача, капитана… Вот что увидел он в академии Лагадо: «Под началом великого учёного находилось 50 рабочих. Одни сгущали воздух, делая его осязаемым, извлекая из него азот и давая испаряться текучим и водянистым частицам…»
«Ведь это полная картина производства жидкого воздуха, кислорода и азота – и всё это в 1726 году!» – восклицает французский учёный Ж. Клод, один из соиздателей промышленного способа получения кислорода.
В самом деле. Для получения кислорода воздух сначала «сгущают, делая его осязаемым» (сжижение). Затем, «давая испаряться текучим и водянистым примесям» (перегонка), извлекают из него кислород и азот.
В чём же смысл «ехидства» Свифта? По тем временам (начало XVIII века) считалось, что воздух «неделим» и абсолютно не поддается сгущению. Таким образом, высмеивая академиков из Лагадо, Свифт приписал им совершенно нелепые и бессмысленные действия. Но описал так, что фактически предвосхитил способ, изобретённый инженером Линде в 1895 году – почти через 170 лет после появления «Гулливера»!
Чтобы «сгустить» воздух, его охлаждают до минус 192 градусов. Делают это в особых машинах – детандерах. Принцип работы детандера прост. Воздуху, сжатому в компрессоре до 200–250 атмосфер, дают быстро расширяться. Расширение вызывает потерю энергии, газ охлаждается. Для более глубокого охлаждения газ заставляют совершать дополнительную работу – двигать поршень машины. Сжатие и охлаждение повторяют несколько раз, пока температура воздуха не снизится до минус 192 градусов и он не превратится в жидкость, напоминающую воду.
Кислород из этой «воды» получают перегонкой, используя различие в температурах кипения кислорода (минус 183 градуса) и азота (минус 196 градусов). Азот «кипит» при более низкой температуре и потому испаряется раньше. Но при этом уходит и немало кислорода. Если пустить процесс на самотёк, в испарившемся азоте будет много кислорода, а оставшийся кислород сильно «засорится» азотом.
Чтобы избежать этого, уходящий газ снова и снова пропускают над жидким воздухом, температура которого – минус 192 градуса – для азота не страшна, он не сгущается. А кислород вновь превращается в жидкость. Постепенно в испарившемся газе остается один азот, в жидкости – один кислород.
Главный недостаток этого способа – работа при высоких давлениях. Долго его не удавалось преодолеть. Только в 1938 году советский ученый академик П.Л. Капица создал установку нового типа. Поршневые механизмы компрессора и детандера он заменил турбинными. Турбодетандер Капицы имеет небольшие размеры и работает при давлении всего в 5–6 атмосфер.
Интересно, что попытки создать турбодетандер предпринимались раньше. И неизменно кончались неудачей. Изобретатели исходили из бесспорного, казалось бы, факта: воздух – это газ.
Капица был первым, кто в этом усомнился. Он провёл опыты и доказал, что воздух – при высоком давлении и сверхнизкой температуре – гораздо больше похож на жидкость. А жидкостные турбины конструируют совсем не так, как газовые…
В современных установках расход энергии минимальный: примерно 0,5 киловатта на каждый кубометр газа. И производительность их огромна – до 40 тысяч кубических метров кислорода в час.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28