Водолазные спуски и их медицинское обеспечение
Теплофизические свойства и их влияние на тепловое состояние организма
Вода обладает особыми теплофизическими свойствами, которые значительно отличаются от теплофизических свойств воздуха. Так, например, теплопроводность воды больше в 25 раз, а теплоемкость — в 4 раза. Удельная теплоемкость воды С = 1 ккал/кг • град при температуре
+ 15 *С. Теплоемкость воды медленно и незначительно уменьшается от 1,0074 до 0,9980 с повышением температуры от 0 до +40 °С, а у всех других веществ с ростом температуры теплоемкость увеличивается. Она также незначительно снижается с ростом давления (с увеличением глубины). Вода может поглощать большое количество теплоты, сравнительно мало нагреваясь при этом.
Около 30 % энергии Солнца отражается атмосферой и уходит в мировое пространство, около 45 % поглощается атмосферой и лишь около 25 % солнечной энергии достигает поверхности океана. Часть ее (810 %) отражается, а остальная часть поглощается. Из всей поглощенной энергии солнечного тепла до 94 % поглощает поверхностный слой воды толщиной 1 см. Более низкие слои воды нагреваются за счет естественной конвекции (связанной с неоднородностью среды по температуре и плотности) и вынужденной конвекции (перемешивания течениями, ветровым волнением и приливами). В результате поглощения и конвекции 60 % солнечной энергии остается в верхнем метровом слое воды, а в 10-метровом слое — более 80 %. На глубину 100 м при отсутствии интенсивного перемешивания обычно проникает не более 0,5—1 % солнечной энергии.
Температура воды в верхних слоях водоемов зависит от климатических условий и может находиться в пределах от -2 до +30 °С. Только 8 % поверхностных вод океана теплее +10 °С, а более половины вод холоднее 2,3 °С. Морская вода с соленостью 35 %о замерзает при температуре -1,9 °С
Суточные изменения температуры воды зависят от характера облачности и обычно находятся в пределах 0,5—2,0 °С. В основном эти изменения касаются лишь тонкого поверхностного слоя воды, и уже на глубинах 10—20 м суточные колебания температуры практически равны нулю. Максимум температуры наблюдается около 15 ч, минимум — в интервале от 4 до 7 ч. Годовые колебания температуры в океане не столь велики, как на суше. Если на суше они достигают 150 °С, то в океане редко превышают 38 °С. Резче всего годовая разница температур выражена в средних широтах, где она между августом и февралем может превышать 10 °С. На больших глубинах в средних и северных широтах температура постоянно сохраняется в диапазоне от +2 до +4 °С в зависимости от солености воды.
Охлаждающее действие воды является одним из важнейших факторов, ограничивающих пребывание человека в водной среде. Она в значительной мере снижает производительность водолазного труда, а также является основной причиной гибели людей, оказавшихся в воде в результате кораблекрушения. Тепловой баланс организма раздетого человека в воде может поддерживаться на стабильном уровне только при условии равенства температур воды и тела, что невозможно в средних широтах. Большие теплопотери в воде объясняются ее высокими теплопроводностью и теплоемкостью. Когда обнаженный или недостаточно одетый человек погружен в холодную воду, у него появляется определенная последовательность симптомов. Вначале холодная вода вызывает снижение температуры кожи, что ведет к сужению сосудов поверхности тела. Это, в свою очередь, ускоряет снижение температуры кожи, так как прекращается приток тепла из подлежащих тканей. Вызванная холодом вазоконстрикция обеспечивает выраженное термическое сопротивление, или теплоизоляцию, в поверхностных тканях тела. Это сопротивление зависит от скорости кровотока в коже. Последовательное течение этих реакций заканчивается, когда температура кожи становится равной температуре воды. Тепло из нагретых глубжележащих тканей продолжает поступать путем прямой кондукции к поверхности. При нахождении под водой человека без гидрозащитной одежды основным способом теплоотдачи является теплопроведение, причем значительной потере тепла способствуют подвижность воды и передвижение самого водолаза. Человек нагревает своим телом все новые и новые слои воды, что приводит к более быстрой, чем на воздухе, потере тепла. При значительном превышении теплопотерь над теплопродукцией у человека, находящегося в холодной воде, быстро снижается температура тела и развиваются симптомы переохлаждения, переходящие от функциональных к патологическим.
При использовании гидрозащитной и теплозащитной одежды водолаза теплопотери организма происходят в основном не путем проведения, как при непосредственном соприкосновении с ней, а в основном путем теплоизлучения на охлаждающую внутреннюю поверхность скафандра (отрицательная тепловая радиация), которое в 4 раза превышает теплоотдачу проведением.
С точки зрения уменьшения теплопотерь у водолазов предпочтение следует отдавать вентилируемому снаряжению. Воздушная подушка скафандра, являясь хорошим теплоизолятором, уменьшает теплоотдачу и при той же температуре воды сохраняет температуру тела на более высоком уровне, чем гидрокомбинезон или гидрокостюм, в которых имеется лишь незначительная воздушная прослойка. В гидрокомбинезоне (гидрокостюме) охлаждаются голова и область шеи, а при дыхании в аппарате усиливаются теплопотери с дыхательных путей. Особенно чувствительны к холоду у водолазов дистальные отделы ног. При обычном вертикальном положении водолаза под водой замерзание начинается с пальцев ног, что в значительной степени объясняется обжатием водой нижних конечностей. В последующем водолазы обычно предъявляют жалобы на замерзание рук, спины и поясницы. Менее чувствительны к холоду лицо, грудь, живот и ладони.
