一、 潛水的起源
潛水起源于人類對軍事作業(yè)、打撈作業(yè)、水下商業(yè)的需要,經(jīng)由一再的嘗試和研究,擴展到潛水知識領(lǐng)域的追求。
早期潛水人員為了增加在水下的工作能力,最大的問題就是供應(yīng)空氣,第一次的嘗試是使用中空的蘆葦桿或管子從水面上延伸到水下,這種方法能使?jié)撍畣T在水下停留一段時間并且完成少部份的工作。當(dāng)時的人們認為只要延伸管子的長度,就可以增加潛水員在水中活動的范圍和深度,所以,早期的潛水裝備就是根據(jù)這樣的觀念設(shè)計出來的;潛水員在水深3呎的地方使用身上的裝置,也無法靠著身體的自然呼吸能力吸收到水面上的空氣,因為,身體的部已受到來自水中極大壓力,以致于造成我們在水中呼吸困難。壓力是潛水中最重要的困擾困素,壓力隨著深度的增加而增加。在這之前很多憑想象的理念設(shè)計出來的潛水裝備,因為對水下壓力的問題不十分了解,所以,設(shè)計出來的裝備都不切實際。
1. 潛水鐘
公元1500-1800年發(fā)明一種叫做潛水鐘(diving bell)的潛水工具,這件裝備可使?jié)撍畣T在水中停留數(shù)個小時。潛水鐘的構(gòu)造是一個大的、堅固的、沒有底部的桶子,它的重量可以使它垂直的沉入水中,借著這種方式,使桶內(nèi)充滿空氣,足夠供應(yīng)潛水員在水中呼吸數(shù)個小時。
潛水鐘由一條船用索鏈吊著放入水中,潛水員能待在潛水鐘內(nèi)隨它往下潛。假如直接安放在工作地點的上方,潛水員可以閉氣游到外面活動一段時間。
可查證的最早潛水鐘是在公元1531年制造的調(diào)節(jié)裝置。公元1680年,美國麻薩諸塞州的Willian Phipps改良潛水鐘,他使用數(shù)個倒立的小桶子和一個大桶子去尋找寶藏,他們帶著小桶子出去搜索,等小桶子空氣快用盡時,再回到大桶子更換新鮮空氣。
公元1690年英國天文學(xué)家Edmund Hally(此人發(fā)現(xiàn)哈雷慧星的運行周期)發(fā)明一種潛水鐘可藉其它大桶子攜帶空氣沉入水中再補充潛水鐘內(nèi)人員所需要的空氣。
公元1715年,另一位英國人John Lethbridge發(fā)明一種可以將一個人包裹起來的潛水衣,潛水衣本身是用強化的皮革制造的空氣桶,在眼睛的部位有玻璃窗可看到外面,在手部的地方有兩個防止?jié)B水的袖口,可以將雙手伸出袖口外完成一些工作。
19世紀(jì)時有項工業(yè)技術(shù)的突破,那就是唧筒的發(fā)明,也就是利用壓力送出空氣,這項技術(shù)就被應(yīng)用潛水的水下空氣之供給方法。
2. 潛水衣
第一套最實用的潛水衣的發(fā)明應(yīng)歸功于Augustus Siebe,那時候他是許多人中唯一發(fā)明出最成功的潛水裝置。
公元1828年,John和Charles Deans他們兄弟開始熱衷于打撈工作,于是,將救火衣改良成潛水衣,取名叫〝Deane’s Patent Diving Dress〞,這套潛水衣包括一件很重、可防寒的衣服,一頂可以看見外面的頭盔,一條可從水面上供應(yīng)空氣到頭盔的管子,頭盔并沒有固定在潛水衣上,而只是借著頭盔的重量安放在潛水員的肩上。用完或過多的空氣會從頭盔的底部排放出來,潛水員只要保持直立的狀態(tài)都不會有問題,可是,只要他一跌倒,頭盔將會很快的被灌滿水。公元1840年Siebe將這套潛水衣改良,成為今日潛水衣的藍圖。
3. 潛水病
公元1840年,一位政府的歷史學(xué)家,Colonel Pasley注意到任何一位合格的潛水員在水深60到70英呎之間每天工作6或7個小時,無法避免風(fēng)濕癥的疾病。他和研究人員無法了解他所觀察到的現(xiàn)象,這種生理上的癥狀在往后幾年變成職業(yè)潛水很重要的問題。
公元1878年,法國的生理學(xué)家Paul Bert,他為了要研究壓力對人類生理的影響,決定親自在強大壓力下呼吸空氣,讓空氣中的氮氣大量的溶解在人體的血液和組織中。他發(fā)現(xiàn)只要壓力保持著,氮氣就會繼續(xù)溶解在液體中,一旦,恢復(fù)到常壓時,氮氣會很迅速的轉(zhuǎn)變成氣態(tài)離開身體,可是,氮氣形成的氣泡將會遍布全身,導(dǎo)致許多疾病的癥狀發(fā)生,假如氣泡阻塞流到重要器官的血管,人將會產(chǎn)生麻痹、癱瘓的現(xiàn)象,甚至于造成死亡。
Bert建議從事深水潛水的潛水員逐漸的降低壓力,而潛水員必須慢慢的回升到水面。他的研究使得深水潛水員發(fā)現(xiàn)一有潛水病的癥狀出現(xiàn),只要將患者送回潛水箱中的壓力中,患者疼痛現(xiàn)象就會立即減輕。
4. 潛水生理癥狀
Bert建議潛水員使用循序漸近的穩(wěn)定上升方式并不完全的成功,某些潛水員仍然得到潛水病。120英呎是每一位潛水員作業(yè)的最大深度,如果,再繼續(xù)往下潛,部份的潛水員得到潛水病的機會將會增高而且比較沒有工作效率,甚至于偶而也會失去知覺。
一位英國的生理學(xué)家J. S. Haldane,在公元1905年到1907年之間對英國皇家海軍潛水員做了一項試驗。他認為部份的問題歸因于潛水員的頭盔沒有足夠的通氣,因此,一氧化碳的含量相對的增加。他借著實際的試驗,訂定標(biāo)準(zhǔn)的空氣流速是1.5ft3/min,頭盔在這標(biāo)準(zhǔn)的空氣流速和足夠的空氣量下保持通氣,因而,解決了上述的問題。
Haldane也訂定了一份解壓表,這張表規(guī)定每站的解壓方法,經(jīng)過了許多年的研究和改進,使得這份表變成潛水員上升時的解壓標(biāo)準(zhǔn)。
Haldane又繼續(xù)研究出使用空氣的潛水員能夠輕易的潛入200英呎以下的深度,而深度的限制并不受生理因素的影響,是受到手動唧筒功能的影響。
潛水員越潛越深,當(dāng)他們潛得越深,另外一種疾病的癥狀又開始出現(xiàn),潛水員變得有點陶醉、失神(euphoric),甚至于失去判斷力,忘記他潛水要作的事情。公元1930年這種壓力變化與空氣中的氮氣有關(guān)系而且是在高壓的情況下呼吸所產(chǎn)生的,這就是所謂的氮醉(nitrogen narcosis)。氮氣本身會令人體產(chǎn)生麻醉的作用,假如,空氣壓力越大,這種情況越嚴(yán)重。使用氦氧混合氣代替空氣,對于深水潛水將可避免這些問題。
5. 水下呼吸
很多的發(fā)明,使得潛水員在水中停留的時間加長,活動性更好,以致于能夠完成更多的工作,但是,潛水員還是必須借著從水面供應(yīng)空氣的管子呼吸,因此,潛水員作業(yè)的范圍便受到嚴(yán)重的限制。為了讓潛水員不再使用水面上的供氣管,能夠更自由的在水中移動,發(fā)明家尋找許多方法。他們得到一個解決的方法,就是讓潛水員自己攜帶一個可供應(yīng)空氣的裝備。現(xiàn)在一般潛水員所使用的隨身攜帶式的水下呼吸裝置(self contained underwater breathing apparatus)簡稱空氣瓶潛水(SCUBA)
二、 Scuba潛水之發(fā)展
在潛水史上,隨身攜帶式的水下呼吸裝置包括了很多重要的發(fā)明,其中,有二種主要的發(fā)展途徑,一為開放式回路的史庫巴,另一為封閉式回路的空氣瓶潛水。
有兩位法國人,一位是海軍的官員,名叫Jacques - Yues Cousteau另一位是工程師,名叫Emile Gagnan,他們將一種新發(fā)明的調(diào)節(jié)器(regulator)和高壓的空氣瓶與開放式回路的空氣瓶潛水組合起來,制造出第一件有效率且安全的開放式回路的空氣瓶潛水,將水肺(Aqua - Lung)改良得更實用,藉由改良的水肺發(fā)展出更新的潛水技術(shù)。Cousteau使用他發(fā)明的裝備,很成功的潛到180英呎的水深,而且,并沒有發(fā)生任何的困擾。第二次世界大戰(zhàn)末期,水肺的裝置被使用在商業(yè)潛水的作業(yè)上。開啟了人類對海底世界的探討。
水下潛水的活動因為空氣瓶潛水的發(fā)明,使得人類很快的熱衷于潛水運動,而且,有關(guān)科學(xué)和商業(yè)潛水作業(yè)也因為史庫巴的發(fā)明受益無窮。生物學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家、動物學(xué)家和考古學(xué)家開始潛入水中尋找地球、人類和文化的起源。而后,將開放式和封閉式回路裝置結(jié)合在一起,逐漸運用在飽和潛水和深海潛水的潛水裝置。