Я знаю, что глубоководные рыбы на самом деле не «взрываются», когда их выносят на поверхность, но любые воздушные мешочки в их телах расширятся и могут нанести им смертельный ущерб.
Однако какие другие физиологические проблемы могут возникнуть у существа, которое эволюционировало в среде чрезвычайно высокого давления, при перемещении в среду низкого давления?
Я пытаюсь придумать, какое «снаряжение для выживания» потребуется человеку, привыкшему жить при давлениях в сотни МПа, чтобы выжить на поверхности Земли.
Многие эффекты будут аналогичны тем, с которыми люди сталкиваются при воздействии очень низкого давления. Вот некоторые из них:
Газообмен через легкие или жабры зависит от парциального давления кислорода на этих поверхностях. В среде с низким давлением любое существо, дышащее кислородом, будет подвергаться гипоксии, что может привести к летальному исходу. В какой-то степени это можно пережить за счет акклиматизации, но ни один человек не жил в течение длительных периодов времени более чем на половину этого времени.
Чтобы пережить это изменение, существу нужно было бы дать либо более высокую концентрацию кислорода, либо подачу сжатого воздуха. Для длительного проживания в пригодной для дыхания атмосфере это может состоять из воздушного компрессора. Поскольку легкие лопнули бы, если бы их давление в сотни раз превышало внешнее давление воздуха, для этого также потребовался бы герметичный скафандр, подобный тому, который носят астронавты.
Низкое парциальное давление кислорода является основной проблемой, с которой сталкиваются альпинисты, но они сталкиваются с давлением, составляющим около 1/3 нормального атмосферного давления. При более низком давлении в игру вступают другие проблемы.
Это то, с чем сталкиваются космонавты, отправляясь в космос. Кровь и другие жидкости в организме человека закипают при низком давлении. Для организма, который эволюционировал, чтобы выживать при сотнях МПа, тело может содержать жидкости, которые являются жидкостью только при высоком давлении. Точно так же некоторые твердые структуры могут становиться жидкими при низких давлениях.
С этой проблемой сталкиваются космонавты, когда отправляются в космос. Чтобы выжить, требуется герметичный костюм, поскольку ваше тело не может работать с газом вместо крови.
Во-первых, ознакомьтесь с этой статьей, в которой описывается, как можно приучить глубоководных рыб жить при атмосферном давлении. Глубины, о которых они говорят, находятся в диапазоне десятков МПа (сотни атмосфер). В основном они обнаруживают, что медленное снижение давления окружающей среды позволяет рыбе выжить.
Это похоже на случай с аквалангистами. Если они поднимаются быстро, расширяющиеся газы в их теле могут быть смертельными, но медленное всплытие дает газам достаточно времени, чтобы покинуть тело.
Согласно Википедии , сферический резервуар, выдерживающий давление 100 МПа, сделанный, скажем, из композитного материала с пределом прочности на разрыв в несколько ГПа, будет иметь радиус, примерно в 50 раз превышающий его толщину, что вполне разумно. Таким образом, существа с высоким давлением, вероятно, могли бы пройти длительный период декомпрессии в таком резервуаре, в конечном итоге способные выжить при давлении, близком к атмосферному, в своего рода космическом скафандре (или даже без скафандра, если они могут выжить с давление всего в 1 атмосферу).
Единственная проблема со скафандром заключается в том, что любое значительное давление имеет тенденцию раздувать скафандр, как воздушный шар, что затрудняет его движение. Даже в условиях невесомости астронавты, как правило, устают от выходов в открытый космос только потому, что им приходится сгибать суставы в своих скафандрах.
Однако обратите внимание, что такие вещи, как температура и уровень кислорода, менее регулируемы. Парциальное давление кислорода равно произведению полного давления на долю атмосферы, состоящую из кислорода. Нормальное парциальное давление 21 кПа, ниже определенного значения вы задохнетесь (предел где-то около значения для пика Эвереста ( 43 мм рт. ст. , или 5,7 кПа) - туда можно подняться без кислородных баллонов, но это тяжело и они не могут оставаться там), а выше примерно 30 кПа кислород фактически становится токсичным (постепенно дайвер может провести 45 минут при 160 кПа). Вашим существам, вероятно, потребуется дышать особой смесью газов, подобно тому, как астронавты дышат смесью низкого давления и высокого содержания кислорода в своих скафандрах.
Когда мы, люди, поднимаемся на большую высоту, мы приносим дополнительный кислород, чтобы насытиться им с каждым вдохом. Для глубоководных погружений нам нужен специальный воздух с более низким процентным содержанием кислорода и азота, чтобы мы не получили слишком много и не отравились.
При сотнях МПа химические вещества, которые мы знаем в газовой форме, могут существовать в виде жидкостей или растворенных веществ в крепких жидких растворах. Углекислый газ, например, не будет образовывать пузырьки.
Какое снаряжение для выживания необходимо, зависит от концентрации этих химических веществ.
Я предлагаю существо, живущее глубоко в океане, где концентрация кислорода примерно такая же, как и на поверхности Земли, но намного выше концентрация углекислого газа. Существо захочет надеть гидрокостюм, чтобы его кожа не высыхала, и какой-нибудь ирригатор, чтобы поливать богатую кислородом морскую воду на жабры.
Кроме того, поскольку он привык к высокой концентрации углекислого газа, в его крови обычно так много его, что при 100 кПа он будет шипеть, как взбалтываемая кока-кола. Чтобы выжить на поверхности Земли, существо носит инжектор, который нагнетает кислоту в его кровоток, чтобы компенсировать углекислоту, которая быстро теряется через жабры при низком давлении. Без инъектора рН крови существа повысился бы и неконтролируемо ускорил бы его метаболизм. Тогда его мышцы будут анаэробно вырабатывать углекислый газ так быстро, что существо согнется и умрет насильственной смертью.
Одна вещь, о которой следует подумать, это то, что происходит с людьми. Когда мы поднимаемся на вершину горы, нам становится намного труднее дышать (по крайней мере, пока мы не привыкнем к этому).
С другой стороны, когда мы спускаемся в глубину и возвращаемся обратно, мы должны принимать меры предосторожности из-за «изгибов». Я думаю, что различные воздушные смеси помогают облегчить эту ситуацию, но в течение длительного времени люди должны были оставаться в герметичных резервуарах и медленно акклиматизироваться к нормальному давлению, продолжительность времени зависела от того, как долго они находились и насколько глубоко они погружались.
Изгибы для тех, кто не знает, что растворенные газы превращаются в пузыри в крови при декомпрессии до быстрого, вызывая всевозможные боли и, возможно, смерть. Такие вещи были бы самыми хлопотными. Если выбросить тело из двери космической станции, оно не взорвется, по крайней мере, не из-за разницы давлений, возможно, из-за непостоянного замораживания это может выглядеть так.
Если бы разница была достаточной, это могло бы быть похоже на потребность в кислородной маске на вершине Эвереста, чтобы существо могло получить то, что ему нужно, может быть, даже в маске давления, если давление было важно в процессе поглощения.
Я припоминаю, что слышал о глубинной жизни, что они полагаются на давление, чтобы правильно сформировать ферменты, свернуть белки и т. д. В общем, органическая химия меняется .
Поскольку на этот вопрос был успешно дан ответ, я приведу только ссылки для подробного изучения этого вопроса:
https://en.wikipedia.org/wiki/Декомпрессионная_болезнь
http://www.nature.com/scitable/blog/saltwater-science/do_whales_suffer_from_decompression
http://www.whoi.edu/oceanus/feature/even-sperm-whales-get-the-bends
Бакуриу
Филипп
Мэтт Хоган-Джонс
Бакуриу
Мэтт Хоган-Джонс