海南三亚潜水
潜水是一门科学 之 氦气,虽然上世纪早期美国海军就已经开始使用Helx(氦氧混合气体),但普通潜水员们接触到氦气,其实是很晚近的事情。氮醉的危害如今已是所有潜水课程必读部分,可就在上世纪的七八十年代,潜水员们还会吸着压缩空气,在大深度沉船内跌跌撞撞,以至于送了性命。八
Heliox    氦氧混合气体  
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潜水是一门科学 之 氦气

时间:2016-01-13 00:00

虽然上世纪早期美国海军就已经开始使用Heliox(氦氧混合气体),但普通潜水员们接触到氦气,其实是很晚近的事情。氮醉的危害如今已是所有潜水课程必读部分,可就在上世纪的七八十年代,潜水员们还会吸着压缩空气,在大深度沉船内跌跌撞撞,以至于送了性命。八十年代末到九十年代初,Sheck Exley等人开始在美国潜水圈中极力推行加入氦气的三混气体。然而由于此前海军混气实验中的高减压病比例,当时的许多技术潜水员还心存疑虑,认为适用于氦气的减压表格没有经过足够的检验,而不愿意采用。

还有很多老派的技术潜水员认为,氮醉耐受力是可以培养的。TDI现任老大Bret Gilliam就曾公开表达过“(在73米以内)你醉只是因为你怕醉”的观点,IANTD老大Tom Mount等人也曾进行用12个人分成三组的所谓“对照实验”来支持这种观点(此处省略基本统计学知识及吐槽五千字,只是顺便提一下其中有一位妹纸在水下73米吸空气做对的数学题比在水面上还多,估计在水面上都不能全对的也就是美国人了吧?)。一些技潜组织也提供氮醉管理课程,虽然现在上课的已经越来越少。

所有学过技术潜水课程的同学大概都知道,根据Meyer-Overton理论(我必须再强调一遍,这只是众多的假说之一,相对有较多的数据支持而已。下一节写氮气的时候会详细解释内容),氦气的脂溶性是氮气的1/5,所以其麻醉性也只是氮气的1/5;也知道应该如何计算trimix中的氦气比例,以降低氮气比例,达到给定的,通常不超过40米甚至低于30米的等效麻醉深度(END)或者等效空气深度(EAD)。

James E. Clark, Moving in extremeenvironments: inert gas narcosis and underwater activities

 

氦气的好处并不仅仅是降低麻醉效应。OW潜水课程里就讲过气体密度会随压力增加,而高密度的气体会让潜水员感觉到呼吸困难。呼吸困难并不只是简单的不舒服而已,它还会让平时自然而然的呼吸变成一件劳累的苦差事。

在大深度下,劳累是一件很恐怖的事情,因为这时候你体内会产生大量的二氧化碳。从上面那张表格里可以看到,二氧化碳的麻醉性是氮气的20倍。如果你看过Dave Shaw最后的那段录像,看他在276米工作时呼吸变得越来越粗重,随后归于一片沉寂,就会知道二氧化碳到底有多可怕。(我一直想写一个系列,“关于大深度世界纪录那些事”,其中就包括Dave Shaw之死,不过对于坑王你们不要抱太多的希望……)

鉴于我本人并没有在很大的深度下呼吸过空气(具体深度我会告诉你们吗哈哈哈哈),所以并不能提供呼吸困难感究竟何时开始产生的第一手资料。我只能告诉你们,在100米深度呼吸trimix 10/65(10%氧气,65%氦气,25%氮气)非常轻松。

不过在美国海军的693米饱和潜水实验中,虽然呼吸的trimix仅含有5%氮气,绝大部分都是氦气,密度远远低于空气,但是潜水员还是必须使用嘴来辅助呼吸,因为70个大气压下光靠鼻子感觉吸不够。对于在水下要生活数十天的饱和潜水员来说,嘴被用于呼吸有一个非常严重的后果——没法吃饭……(你们猜到了吗,我脑子里还有另外一个系列,叫做“饱和潜水历史故事”,但是,咳咳,你们懂的)

当然,每种气体都有它的坏处。氦气对于广大观光型技术潜水员来说,最大的坏处就是贵。菲律宾的氦气价钱大概是3美分一升,请计算11升双铝瓶trimix 12/65打到200 bar的价格。

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你没算错,答案是 22*200*0.65*0.03 =85.8美金。这只是一次不超过百米潜水的部分气体价格。

(呃,我还有另外一篇构思中的文章,名字叫做“水下烧钱效率指南”……)

 

不过,对于那些试图挑战极限的潜水员来说——

此处插播公益广告:潜水医生Frans Cronje说:水肺潜水超过250米深度能不受伤全身而退的只有10%,死亡率超过一半(是不是想起了最近那位失踪的医生)。我们担心的是,去玩大深度的人可能并不了解他们所要面对的生理极限。

DAN说,这个极限在150米。PascalBernabe也说,他过150米之后能明显地感受到自己的生理极限。美国海军几乎所有超过90米的任务都进行饱和潜水,中国海军医学研究所也表示他们不会试验超过120米深度的非饱和潜水。各大技术潜水组织将最高级减压课程的限度设定在100-120米。

你想下多深?这是你的选择。只是在选择之前,请问一问自己,你究竟知道自己面对的是什么吗?

——对于那些试图挑战极限的潜水员来说,氦气还有一个可怕的后果:高压神经综合征(HPNS, High Pressure Nervous Syndrome)。现有资料表明,在超过150米深度后,HPNS随时可能出现,症状从不受控的颤抖开始,随后可能出现恶心,呕吐,晕眩等症状,最后可能发展到癫狂。在卡梅隆出品的潜水题材影片《深渊》(The Abyss)中就有关于HPNS的情节。(扩展阅读:潜水,在幻想与现实的边缘http://songshuhui.net/archives/74131)

 

话说回来,即使不发疯,用不断颤抖的手正常操控所有的潜水装备以及进行可能的工作,也是件很可怕的事情。

 

应对HPNS目前主要有两个办法。第一是缓慢加压,大深度饱和潜水员通常要用到一个星期来加到工作压力,可以极大地降低HPNS。然而那些为了深度而深度的蘸水者,通常必须在几分钟内触底然后返回,也只能祝他们好运了。

另外一个办法的出现则是偶然的意外之喜——美军潜水员在氦氧混合气体的大深度饱和潜水实验中发现,喝酒到微醺能够帮助抵抗HPNS。

看到这里你是不是在猜想,他们从此每次带着酒下去喝?

想什么那?请回去看前面的气体麻醉性表格。

人们常常把氮醉的感觉和酒醉相比,所以聪明的人们就想,那我加点儿氮气回呼吸气体里,让潜水员略微的氮醉,是不是会有帮助呢?

答案是:有。

这才是trimix,也就是氦氮氧三混气体进入潜水行业的真正原因。

前面说过,我一直认为潜水理论都不应该叫理论,只能叫假说。因为在这个领域,没有任何所谓的理论有生理学上确定的支持。从压差或气泡如何导致减压病,到气体如何造成麻醉效应,到氧气为何让人中毒,再到氦气如何产生HPNS,都只是揣测而已。

 

目前,对于氦气如何产生HPNS最受欢迎的揣测,是压力直接作用于神经细胞表面,导致表面张力增加引起神经信号传导紊乱。(红牛补充:也有文献认为是加压等同于熵增,导致分子间运动加剧,从而引起神经信号传导紊乱。)(红牛说:其实红牛说的不对,他当时二逼了。气体等温压缩其实是熵减,其效果类似于等压下降温,分子热运动减小,原本可以正常传递信号的化学反应效率降低。但是在气体中添加“活性”更高的氮气,会增加混乱程度,抵消部分熵减的效果。)

 

当然,除了这些可怕的事情,氦气还有一个好玩的地方:吸了之后,说话会变得像唐老鸭。

(某人的视频太萌了,我们还是放点流鼻血的吧----红牛)

(一群吸氦气调情的鲜肉,来自D&G)

 

对于这种无关性命的事情——其实这么说也不完全对,饱和潜水的水面指挥员就必须能听懂饱和潜水员被氦气变声之后的helium gibberish——靠谱的学术研究就更少得多了。

很多人说氦气影响到了声带发声,但目前并没有任何证据表明氦气能够以任何方式影响声带本身的振动。更靠谱的一种解释是,声带振动产生的是多频率复合的声波,而口腔和喉咙中的氦气会使得其中部分高频声波得到更好的传播,因此吸了氦气之后,并不是你的声音变高了,只是传出来的频段变窄了,而且刚好在高频部分而已。

 

写到这里,我决定再回去听一听自己的helium gibberish了。

(完)

本系列下篇预告:氮为什么会醉

 

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