Od školních let každý ví, že voda je hustší než vzduch. Z tohoto důvodu je změna tlaku pod vodou s ponořením rychlejší než jeho změna s rostoucí nadmořskou výškou. Takže při sestupu o 10 metrů dochází ke zvýšení tlaku na atmosféru. V hlubokých oceánských prohlubních, dosahujících 10 tisíc metrů, je toto číslo 1 tisíc atmosfér. Jak zjistit, jak se mění tlak pod vodou a jak to ovlivňuje živé bytosti, bude popsáno níže.
Fyzikální výpočty
Hustota slané mořské vody je o 1–2 % vyšší než hustota čerstvé tekutiny. Proto lze s určitou přesností vypočítat, jaký tlak je pod vodou, protože při ponoření na každých 10 metrů se zvýší o jednu atmosféru. Například ponorka v hloubce 100 metrů zažije tlak 10 atmosfér, což lze srovnat s ukazateli uvnitř parního kotle v lokomotivě. Z toho vyplývá, že každá vrstva v moři má svéhydrostatický index. Všechny ponorky jsou vybaveny tlakoměry, které měří tlak vody přes palubu, na základě kterých můžete určit stupeň ponoření.
Ve velké hloubce je stlačitelnost vody patrná, protože její hustota v hlubokých vrstvách je vyšší než na povrchu. A tlak stoupá rychleji než lineárně, což způsobuje, že se graf mírně odchyluje od přímky. Přídavný tlak způsobený kompresí kapaliny se zvyšuje se čtvercem. Při sestupu o 11 km jsou to asi 3 % celkového tlaku v této hloubce.
Jak se zkoumají moře a oceány
Studie využívá batyskafy a batysféry. Batysféra je ocelová koule s prázdnotou uvnitř, která odolá velmi vysokému tlaku hlubokého moře. Ve stěně batysféry je umístěn průzor - hermetický otvor uzavřený silným sklem. Batysféra s výzkumníkem je spouštěna z lodi po ocelovém lanku k té vrstvě vody, kterou světlomet nedokáže osvětlit. Díky tomuto zařízení bylo možné sjet až 1 km. Bathyskafy s batysférou (na dně vyztuženou velkou ocelovou nádrží), která je naplněna benzínem, dokážou dosáhnout ještě většího ponoření.
Vzhledem k tomu, že hustota benzínu je menší než hustota vody, může se taková struktura pohybovat v moři jako balón ve vzduchu. Místo svítiplynu se používá benzín. Batyskaf je zároveň vybaven zásobou balastu a motorem, díky kterému se na rozdíl od batysféry může pohybovat samostatně, bez nutnosti komunikace s lodí napovrch.
Studie tlaku pod vodou v hloubce
Zpočátku batyskaf plave na vodě jako plovoucí podvodní lžíce. Pro zahájení potápění se do prázdných balastových oddílů nalije mořská voda, díky čemuž se struktura začne klesat hlouběji a hlouběji pod vodu, dokud nedosáhne dna. Aby mohl vystoupit na povrch, balast se uvolní a bez přebytečného nákladu batyskaf snadno vystoupí na povrch.
Nejhlubší ponor pomocí batyskafu provedl 23. ledna 1960, kdy strávil 20 minut v Marianském příkopu v hloubce 10919 metrů pod vodou, kde byl tlak více než 1150 atmosfér (výpočet byl proveden s přihlédnutím ke zvýšení hustoty kapaliny v důsledku stlačení a slanosti). Výsledkem experimentu bylo, že vědci našli živé tvory, kteří žijí i na tak těžko dostupných místech.
Tlak vody
Při potápění se potápěč nebo plavec setkává s hydrostatickým tlakem na celém povrchu těla, přičemž překračuje normální parametry jeho těla. Přestože tělo potápěče nemusí být v přímém kontaktu s vodou kvůli gumovému obleku, tělo potápěče je vystaveno stejnému tlaku, jaký působí na tělo plavce, protože vzduch v obleku musí být stlačen, aby se zohlednily faktory prostředí. Kvůli tomu musí být nasáván i dýchací vzduch přiváděný hadicí, přičemž je třeba vzít v úvahu tlak vody v zamýšlené hloubce. Stejný indikátor musí být pro vzduch dodávaný z tlakových lahví do masky potápěče. Potápěči tedy musí dýchat vzduch s neobvyklou rychlostí.
Proti tlaku nepomůže ani potápěčský zvon nebo keson, protože vzduch v něm by měl být stlačen, aby nespadl pod zvon, to znamená, že se zvýší na environmentální indikátory. Z tohoto důvodu při postupném ponořování dochází k neustálému čerpání vzduchu s očekáváním tlaku vody v dosažené hloubce.
Vysoké sazby mají špatný vliv na pohodu a zdraví člověka, a proto existuje určitá hranice, do které mohou lidé pracovat bez újmy na zdraví. Obvykle při potápění v potápěčském obleku dosahuje 40 metrů, což odpovídá 4 atmosférám. Do velkých hloubek může potápěč sestupovat pouze v tuhém skafandru, který převezme tlak vody. Dokáže se bezpečně ponořit až do 200 metrů.
Dopad na lidské zdraví
Když zůstanete pod vodou dlouhou dobu při vysokém tlaku, značné množství vzduchu se rozpustí v krvi a dalších tělesných tekutinách. Pokud dojde k rychlému stoupání potápěče k hladině, pak se rozpuštěný vzduch začne uvolňovat z krve ve formě bublin. Náhlé uvolnění bublin může vést k silné bolesti v celém těle a vést k dekompresní nemoci. Proto může trvat dlouhou dobu (několik hodin), než se rozpuštěný plyn uvolní postupně a bez bublin, aby pozvedl potápěče, který dlouhou dobu pracoval ve velkých hloubkách.
Mořský tlak a mořští živočichové
Přestože dříve byly udávány enormní hodnoty tlaku na dně moře, pro mořské živočichy to nejsou tak významné ukazatele. Místní obyvatelé snadno a klidně snesou obrovské výkyvy tohoto ukazatele během dne. Některá taková zvířata však prudkou změnu tlaku příliš dobře nesnášejí. Například mořský okoun při vynesení na pevninu nabobtná, zvláště pokud je velmi rychle vytažen z vody.
Atmosférický tlak pod vodou lze poměrně snadno vypočítat. Stačí si zapamatovat, že na každých 10 metrů připadá 1 atmosféra. Ve větších hloubkách však vstupují do hry další ukazatele, jako je komprese a hustota vody. V této souvislosti bude nutné provést výpočet s přihlédnutím k těmto hodnotám.
