Od školských rokov každý vie, že voda je hustejšia ako vzduch. Z tohto dôvodu je zmena tlaku pod vodou pri ponorení rýchlejšia ako jeho zmena s rastúcou nadmorskou výškou. Takže pri zostupe o 10 metrov dochádza k zvýšeniu tlaku na atmosféru. V hlbokých oceánskych depresiách dosahujúcich 10 tisíc metrov je toto číslo 1 tisíc atmosfér. Ako zistiť, ako sa mení tlak pod vodou a ako to ovplyvňuje živé bytosti, bude popísané nižšie.
Fyzikálne výpočty
Hustota slanej morskej vody je o 1-2% vyššia ako hustota čerstvej tekutiny. Preto je s určitou presnosťou možné vypočítať, aký tlak je pod vodou, pretože pri ponorení na každých 10 metrov sa zvyšuje o jednu atmosféru. Napríklad ponorka v hĺbke 100 metrov zažíva tlak 10 atmosfér, ktorý možno porovnať s indikátormi vo vnútri parného kotla v lokomotíve. Z toho vyplýva, že každá vrstva v mori má svojehydrostatický index. Všetky ponorky sú vybavené tlakomerom, ktorý meria tlak vody cez palubu, na základe čoho môžete určiť stupeň ponorenia.
Vo veľkej hĺbke je stlačiteľnosť vody viditeľná, pretože jej hustota v hlbokých vrstvách je vyššia ako na povrchu. A tlak stúpa rýchlejšie ako lineárne, čo spôsobuje, že sa graf mierne odchyľuje od priamky. Dodatočný tlak spôsobený stláčaním tekutiny sa zvyšuje so štvorcom. Pri zostupe o 11 km sú to asi 3 % celkového tlaku v tejto hĺbke.
Ako sa skúmajú moria a oceány
Štúdia využíva batyskafy a batysféry. Batysféra je oceľová guľa s dutinou vo vnútri, ktorá dokáže odolať veľmi vysokému tlaku hlbokého mora. V stene batysféry je umiestnený otvor - hermetický otvor uzavretý silným sklom. Batysféra s výskumníkom je spustená z lode na oceľovom lane k tej vrstve vody, ktorú svetlomet nedokáže osvetliť. Vďaka tomuto zariadeniu bolo možné zísť do 1 km. Bathyskafy s batysférou (zospodu vystuženou veľkou oceľovou nádržou), ktorá je naplnená benzínom, dokážu dosiahnuť ešte väčšie ponorenie.
Pretože hustota benzínu je menšia ako hustota vody, takáto štruktúra sa môže pohybovať v mori ako balón vo vzduchu. Namiesto svietiplynu sa používa benzín. Batyskaf je zároveň vybavený zásobou balastu a motorom, vďaka ktorému sa na rozdiel od batysféry môže pohybovať samostatne, bez potreby komunikácie s loďou napovrch.
Štúdie tlaku pod vodou v hĺbke
Najprv batyskaf pláva na vode ako plávajúca podvodná lyžica. Na začatie potápania sa do prázdnych balastových oddelení naleje morská voda, vďaka čomu sa štruktúra začne ponoriť hlbšie a hlbšie pod vodu, až kým nedosiahne dno. Pri výstupe na povrch sa balast uvoľní a bez prebytočného nákladu batyskaf ľahko vystúpi na povrch.
Najhlbší ponor pomocou batyskafu vykonal 23. januára 1960, keď strávil 20 minút v Mariánskej priekope v hĺbke 10919 metrov pod vodou, kde bol tlak viac ako 1150 atmosfér (výpočet bol vykonaný berúc do úvahy zvýšenie hustoty kvapaliny v dôsledku kompresie a slanosti). Výsledkom experimentu bolo, že vedci našli živé tvory, ktoré žijú aj na takých ťažko dostupných miestach.
Tlak vody
Pri potápaní sa potápač alebo plavec stretáva s hydrostatickým tlakom na celom povrchu tela, pričom prekračuje normálne parametre jeho tela. Hoci telo potápača nemusí byť v priamom kontakte s vodou kvôli gumovému obleku, telo potápača je vystavené rovnakému tlaku, aký pôsobí na telo plavca, pretože vzduch v obleku musí byť stlačený, aby sa zohľadnili faktory prostredia. Z tohto dôvodu musí byť aj dýchaný vzduch privádzaný cez hadicu nasávaný, berúc do úvahy tlak vody v zamýšľanej hĺbke. Rovnaký indikátor musí byť pre vzduch dodávaný z tlakových fliaš do masky potápača. Potápači teda musia dýchať vzduch nezvyčajne.
Proti tlaku nepomôže ani potápačský zvon alebo kesón, pretože vzduch v ňom by mal byť stlačený, aby nespadol pod zvon, to znamená zvýšiť ho na environmentálne ukazovatele. Z tohto dôvodu pri postupnom ponorení dochádza k neustálemu čerpaniu vzduchu s očakávaním tlaku vody v dosiahnutej hĺbke.
Vysoké sadzby majú zlý vplyv na pohodu a zdravie človeka, a preto existuje určitá hranica, do ktorej môžu ľudia pracovať bez ujmy na zdraví. Zvyčajne pri potápaní v potápačskom obleku dosahuje 40 metrov, čo zodpovedá 4 atmosférám. Potápač môže zostúpiť do veľkých hĺbok iba v pevnom vesmírnom skafandri, ktorý prevezme tlak vody. Bezpečne sa môže potápať až do 200 metrov.
Vplyv na ľudské zdravie
Keď zostanete pod vodou dlhší čas pri vysokom tlaku, značné množstvo vzduchu sa rozpustí v krvi a iných telesných tekutinách. Ak dôjde k rýchlemu stúpaniu potápača k hladine, potom sa rozpustený vzduch začne uvoľňovať z krvi vo forme bublín. Náhle uvoľnenie bublín môže viesť k silnej bolesti v celom tele a viesť k dekompresnej chorobe. Preto môže trvať dlho (niekoľko hodín), kým sa rozpustený plyn uvoľní postupne a bez bublín, aby pozdvihol potápača, ktorý dlho pracoval vo veľkých hĺbkach.
Morský tlak a morské živočíchy
Hoci už predtým boli udávané obrovské hodnoty tlaku na dne mora, pre morské živočíchy to nie sú až také významné ukazovatele. Miestni obyvatelia môžu ľahko a pokojne znášať obrovské výkyvy tohto ukazovateľa počas dňa. Niektoré takéto zvieratá však prudkú zmenu tlaku veľmi dobre neznášajú. Napríklad morský ostriež sa po vynesení na pevninu nafúkne, najmä ak sa veľmi rýchlo vytiahne z vody.
Atmosférický tlak pod vodou sa dá pomerne ľahko vypočítať. Stačí si zapamätať, že na každých 10 metrov pripadá 1 atmosféra. Vo väčších hĺbkach však vstupujú do hry ďalšie ukazovatele, ako je kompresia a hustota vody. V tejto súvislosti bude potrebné vykonať výpočet s prihliadnutím na tieto hodnoty.
