Екологія: біологія взаємодії. V-27. (доповнення) Тиск на глибині: витримування та подолання

V-27. (доповнення) Тиск на глибині: витримування та подолання

Іноді впливи середовища настільки суворі, що їм практично неможливо чинити опір. Наприклад, це стосується тиску води на великій глибині.

Ми живемо під товстим шаром атмосфери і звикли не зважати на її тиск, що становить приблизно 1 кг на см² поверхні (приблизно 10 м водного стовпа). Але із зануренням на глибину тиск швидко зростає. На глибині 10 м він становить уже 2 атмосфери (одна — тиск повітря, інша — тиск десятиметрового стовпа води). Найбільша глибина океану перевищує 11 км, і до своїх найбільших глибин Світовий океан населений тваринами, включаючи риб, ракоподібних, молюсків та голкошкірих. Як ви можете обчислити, на цій глибині тиск перевищує 1100 атмосфер, становлячи понад 11 тонн на квадратний сантиметр поверхні тіла. Чи може жива істота витримати такий тиск?

Уявіть собі, що ви опускаєте на глибину порожню (тобто заповнену повітрям) бляшанку. Зовнішній тиск у 1100 атмосфер неминуче сплющить цю банку, зменшивши її обсяг у 1100 разів. Виготовлення батискафів (глибоководних апаратів) що дозволяють витримати такий тиск, є винятковим технічним завданням і вимагає значної товщини стінок і ілюмінаторів. А що станеться, якщо на таку ж глибину буде опущена така ж банка, але відкрита чи хоча б отвір? Нічого особливого! Вода під тиском заповнить банку, не змінивши її форми, адже зовнішній тиск на її стінки буде врівноважено внутрішнім. Глибоководні організми протистоять тиску завдяки тому ж механізму, що й відкриті банки — не чинячи опору його дії. Тканини організмів, що населяють нашу планету, мають водну основу. Вода під тиском практично не стискується. Зовнішній тиск на тканини глибоководних організмів врівноважується внутрішнім, тому вони його не відчувають.

Чи можна вважати, що в такому разі перебування на великій глибині та на поверхні еквівалентні? Ні. При високому тиску прискорюються хімічні реакції й збільшується розчинність газів у воді. «Закипання» (утворення бульбашок газу) при зменшенні тиску відповідальне не тільки за «гру» газованої води у пляшці, а й за роздування глибоководних риб, піднятих мережами на поверхню і кесонну хворобу аквалангістів.

У наземних чотириногих (включаючи людину) при пірнанні можуть виникати складності через наявність повітря в легенях. Адже перш ніж пірнути, ми робимо гарний вдих. Наповнені повітрям легені надають тілу позитивної плавучості, яку доводиться долати при зануренні. Але варто тільки, інтенсивно працюючи кінцівками, опуститися глибше, ситуація змінюється. Зважаючи на те, що тиск десяти метрів водного стовпа приблизно відповідає тиску в одну атмосферу, на цій глибині зовнішній тиск подвоюється, а обсяг легень зменшується вдвічі. Плавучість тіла стає негативною, і її тягне далі на глибину — а тут треба спливати, долаючи цей ефект.

Чи можна протистояти жахливому тиску на глибині? Як не дивно, певною мірою можна. І здатний до цього кашалот — найбільший із зубастих китів, пристосований до полювання на глибоководних кальмарів (рис. 5.27.1). Найпомітніша риса зовнішнього вигляду кашалота — величезна голова. Вона займає до третини довжини тіла кашалота і збоку здається прямокутною через розташовану над верхньою щелепою ємність із воскоподібною речовиною — спермацетом. Назва цієї речовини пов'язана з тим, що в давнину цю речовину вважали китовою спермою (і припускали, що кашалот тримає в голові її величезний запас!). До речі, саме через спермацет кашалотів посилено винищували — він є виключно вдалою основою для парфумерії, забезпечуючи фіксацію (стійкість) запахів дорогих парфумів. Його справжнє призначення стало зрозумілим зовсім недавно.

Рис. 5.27.1. Контур тіла та скелету кашалота, а також художнє зображення його полювання на гігантського кальмара 

Кашалот систематично пірнає на глибину більше кілометра (зареєстрований рекорд — 2 200 м, і немає жодної впевненості в тому, що це межа його можливостей), щоб полювати там на гігантських кальмарів. Природно, для цього необхідно мати грудну клітину, що витримує більш ніж двохсоткратне зменшення об'єму (при значно меншому стисканні у людини або ребра почнуть ламатися, або легені почнуть відокремлюватися від своїх оболонок). Але навіть за такої «складної» грудної клітки кашалоту доводилося б і пірнати, і спливати, долаючи сили, пов'язані з несприятливою плавучістю. Доводилося б, якби він не використовував ємність зі спермацетом. Ця речовина переходить у рідкий стан при температурі тіла і твердне, суттєво збільшуючи свій об'єм, при невеликому зниженні температури. Перед тим, як пірнути, кашалот посилює кровопостачання ємності зі спермацетом. Спермацет тане, голова кита зменшується в обсязі й починає тягнути його на глибину. Кашалот пірнає. Коли ж настає час спливати, він охолоджує спермацет (чи послаблюючи кровообіг, чи набираючи в ніздрі «забортну» воду). Спермацет розширюється і збільшує об'єм голови, долаючи жахливий зовнішній тиск. Головою вперед кашалот злітає до поверхні, утримуючи в щелепах ослабленого кальмара.

Для батискафів і підводних човнів зміна плавучості пов'язані з витратою певних речовин — скиданням баласту, випуском гасу з підвісних баків, витратою повітря на продування ємностей. Аквалангіст-пірнальник одягає на себе надмірно важкий вантажний пояс (який за потреби можна скинути), і врівноважує свою плавучість завдяки компенсатору — ємності, в яку він або може додати повітря з балонів для дихання, або «стравити» його. Кашалот, змінюючи плавучість, витрачає тільки енергію, отриману завдяки окисленню їжі, спійманої на глибині, киснем повітря, взятого ним на поверхні. Чи можна не захоплюватися досконалістю цього пристрою?