Άρθρο του Κώστα Ιωαννίδη.
Άζωτο
Το άζωτο, το κυριότερο συστατικό στην ατμόσφαιρα της γης, είναι άχρωμο, άοσμο, άγευστο και αδρανές (στην ελεύθερή του κατάσταση). Ωστόσο, όταν εισπνέεται σε υψηλές πιέσεις, είναι επιλεκτικά διαλυτό σε διάφορους ιστούς του σώματος και δρα σαν μεθυστικό ή αναισθητικό στο κεντρικό νευρικό σύστημα.
Ήλιο
Το ήλιο είναι άχρωμο, άοσμο, άγευστο, ανενεργό, μη τοξικό και μη εκρηκτικό. Είναι επίσης το δεύτερο γνωστό ελαφρύτερο αέριο. Το ήλιο είναι ένα σπάνιο στοιχείο που βρίσκεται σε ίχνη στον ατμοσφαιρικό αέρα (περίπου 5 ppm). Όμως, συνυπάρχει με φυσικό αέριο σε μερικές γεωγραφικές περιοχές και μπορεί να διαχωριστεί ως στοιχείο μόνο του. Το ήλιο έγινε το πιο σημαντικό αδρανές αέριο που αντικαθιστά το άζωτο σε αναπνευστικά μέσα βαθιάς κατάδυσης. Οι ναρκωτικές επιδράσεις του ηλίου είναι σχετικά περιορισμένες και η αντίσταση αναπνοής είναι σημαντικά μειωμένη λόγω της χαμηλής πυκνότητάς του.
Κατά τη διάρκεια γρήγορης κατάδυσης σε πολύ μεγάλα βάθη (πάνω από 600 fsw / 183 msw) κατά την αναπνοή ηλίου–οξυγόνου, οι αυτοδύτες συχνά βιώνουν μυϊκό ρίγος και άλλες επιδράσεις στο κεντρικό νευρικό τους σύστημα, μια κατάσταση γνωστή ως Νευρικό Σύνδρομο Υψηλών Πιέσεων (HPNS). Το ήλιο έχει πολύ υψηλή θερμική αγωγιμότητα που μπορεί να προκαλέσει ραγδαία απώλεια θερμότητας σε ένα περιβάλλον πλούσιο σε ήλιο.
Ωστόσο, αντίθετα από ό,τι είναι κοινά πιστευτό, οι αυτοδύτες που αναπνέουν μείγματα πλούσια σε ήλιο σε ρηχότερα βάθη τεχνικής κατάδυσης δεν βιώνουν σημαντική απώλεια θερμότητας από το αναπνευστικό σύστημα.
Υδρογόνο
Το υδρογόνο, το ελαφρύτερο όλων των στοιχείων, είναι επίσης άχρωμο, άοσμο, και άγευστο. Βρίσκεται σπάνια σε ελεύθερη κατάσταση στη γη και είναι το πιο άφθονο στοιχείο στο υπόλοιπο σύμπαν. Ο ήλιος είναι σχεδόν όλος υδρογόνο. Το υδρογόνο είναι βίαια εκρηκτικό, όταν αναμιγνύεται με αέρια που περιέχουν περισσότερο από 5,3% οξυγόνο. Παρ’ όλα αυτά, έχει συνδυαστεί με ήλιο και οξυγόνο (Hydreliox), για να επιδείξει ανώτερη επίδοση για βαθιές καταδύσεις σε βάθη που ξεπερνούν τα 1.800 fsw (549 msw).
Το αργό, ένα άχρωμο και άοσμο αδρανές αέριο, είναι περίπου δυο φορές πιο ναρκωτικό από το άζωτο. Αν και έχει χρησιμοποιηθεί σε μείγματα αερίων αποσυμπίεσης, η ναρκωτική του ιδιότητα και η υψηλή πυκνότητά του το κάνουν μη δημοφιλές σαν βασικό μείγμα αερίων. Λόγω των θερμικών ιδιοτήτων του, το αργό απέκτησε αυξημένη δημοτικότητα σαν αέριο πλήρωσης στεγανής στολής. Η θερμική αγωγιμότητα του αργού είναι περίπου 20% χαμηλότερη από αυτήν του αέρα και μόνο 1/9 αυτής του ηλίου. Το αργό αποτελεί περίπου το 0,94% του ατμοσφαιρικού αέρα και παράγεται από διάσπαση του υγρού αέρα.
Άλλα σημαντικά αέρια
Το διοξείδιο του άνθρακα, ένα φυσικό υποπροϊόν μεταβολισμού, είναι άχρωμο, άοσμο και άγευστο (σε κανονικές συγκεντρώσεις). Όμως, όταν αντιδρά με νερό, σχηματίζει ανθρακικό οξύ, που παράγει μια χαρακτηριστική καυστική γεύση και μυρωδιά. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι το βασικό διεγερτικό της αναπνευστικής διαδικασίας. Η μεγάλη παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα και η παρακράτησή του από το σώμα μπορούν να δυναμώσουν την έναρξη της νάρκωσης αζώτου, τοξικότητας οξυγόνου και νόσου εξ αποσυμπίεσης. Οι μεγάλες συγκεντρώσεις είναι τοξικές για το ανθρώπινο σώμα και μπορεί να προκαλέσουν απώλεια των αισθήσεων με συνέπεια τον θάνατο.
Το μονοξείδιο του άνθρακα, το προϊόν ατελούς καύσης φυσικών καυσίμων, αποτελεί ισχυρό δηλητήριο και πρέπει να λαμβάνει κανείς όλα τα πιθανά μέτρα, για να αποφεύγει δηλητηρίαση της παροχής αερίου του αυτοδύτη από αυτό.
Εισπνεόμενα μείγματα
Τα μείγματα των εισπνεομένων αερίων αποτελούνται από οξυγόνο και ένα ή περισσότερα αδρανή αέρια. Στην επιλογή ενός εισπνεομένου αερίου ή ενός μείγματος αερίων για κατάδυση, κάποιος πρέπει να αξιολογήσει τις ανάγκες μεταβολισμού, μερικές πιέσεις οξυγόνου και όρια δόσεων, πιθανότητα νάρκωσης, πυκνότητα, θερμικές ιδιότητες, αποσυμπίεση, κόστος, συμβατότητα εξοπλισμού, υπολογισμό παροχής και κινδύνους φωτιάς ή έκρηξης.
Ο ατμοσφαιρικός αέρας, το πιο συνηθισμένο εισπνεόμενο αέριο αυτοδύτη, αποτελείται από άζωτο (78,1%), οξυγόνο (20,9%), διοξείδιο του άνθρακα (0,033%) και διάφορα άλλα αδρανή και σπάνια αέρια. Μπορεί επίσης να περιέχει υδρατμούς και διαλυμένα στερεά. Παρά την καθολική χρήση του, ο αέρας παρουσιάζει σημαντικούς περιορισμούς ως αέριο καταδύσεων.
Καθαρό οξυγόνο χρησιμοποιείται από στρατιωτικούς και επιστήμονες αυτοδύτες που χρησιμοποιούν συσκευές κλειστού κυκλώματος. Το διοξείδιο του άνθρακα απομακρύνεται χημικά από το εκπνεόμενο οξυγόνο του αυτοδύτη και το υπόλοιπο ανακυκλώνεται μέσω του αναπνευστικού κυκλώματος. Καθαρό οξυγόνο χρησιμοποιείται επίσης στην τεχνική κατάδυση με φιάλες ανοιχτού κυκλώματος σαν αέριο αποσυμπίεσης. Ο χρόνος έκθεσης και τα όρια βάθους πρέπει να ελέγχονται σχολαστικά, όταν αναπνέει κανείς καθαρό οξυγόνο.
Τα μείγματα αζώτου-οξυγόνου (Nitrox) παρουσιάστηκαν στην κατάδυση το 1789. Ελαττώνοντας το ποσοστό του αζώτου στο μείγμα, ο αυτοδύτης μπορεί να πετύχει σημαντική αύξηση του χρόνου βυθού και πλεονεκτήματα αποσυμπίεσης. Σήμερα βασικά μείγματα Εμπλουτισμένου Αέρα Nitrox (ΕΑΝ 29 ώς ΕΑΝ 36) χρησιμοποιούνται εκτεταμένα τόσο στην κατάδυση αναψυχής, όσο και στην επαγγελματική κατάδυση. Ο όρος Εμπλουτισμένος Αέρας είναι αντιπροσωπευτικός περισσότερο της τεχνικής παραγωγής παρά της πραγματικής σύνθεσης του αέρα. Οι αυτοδύτες τεχνικής κατάδυσης χρησιμοποιούν μείγματα με περιεκτικότητα οξυγόνου από 25 έως 80%. Ο Εμπλουτισμένος Αέρας Nitrox χρησιμοποιείται ευρέως σαν αέριο αποσυμπίεσης στην ανάδυση από καταδύσεις αέρα και Trimix.
Τα μείγματα ηλίου-οξυγόνου (Heliox) αντικαθιστούν τον αέρα, για να εξουδετερώσουν την πιθανότητα νάρκωσης και την αντίσταση αναπνοής που προκαλείται από την αυξημένη πυκνότητα σε μεγάλα βάθη. Αυτό το μείγμα έχει μεγάλη χρήση στην επαγγελματική και στρατιωτική κατάδυση. Ωστόσο, το μεγάλο κόστος του ηλίου και οι εκτεταμένοι χρόνοι αποσυμπίεσης το κάνουν λιγότερο ελκυστικό για αέριο αυτοδύτη τεχνικής κατάδυσης.
Το Trimix αναφέρεται σε ένα μείγμα αερίων οξυγόνου και δύο αδρανών αερίων. Σήμερα, οι αυτοδύτες τεχνικής κατάδυσης χρησιμοποιούν συνέχεια διάφορα μείγματα οξυγόνου-ηλίου-αζώτου σε βάθη μεγαλύτερα από 300 fsw (90 msw). Κατασκευάζοντας ένα μείγμα αερίων για συγκεκριμένο βάθος, ο αυτοδύτης μπορεί να ελέγχει την τοξικότητα του οξυγόνου, αλλά και το επίπεδο νάρκωσης του μείγματος.
Τα μείγματα Trimix για τεχνικές καταδύσεις παρασκευάζονται συνήθως με τον συνδυασμό συγκεκριμένων ποσοτήτων ηλίου με οξυγόνο και την πρόσθεση αέρα, για να επιτευχθεί η τελική πίεση της φιάλης. Τα μείγματα Trimix με χαμηλό ποσοστό αζώτου (5% άζωτο) χρησιμοποιούνται για να εξαλείψουν την εμφάνιση του Νευρικού Συνδρόμου Υψηλών Πιέσεων σε πολύ βαθιές καταδύσεις με Heliox και το μείγμα του οξυγόνου–ηλίου–υδρογόνου φαίνεται να είναι το καλύτερο για καταδύεις εργασιών σε βάθη της κλίμακας των 200 fsw (610 msw).
Το μείγμα από νέον – οξυγόνο έχει περιορισμένη χρήση στην πειραματική κατάδυση. Ο κυριότερος περιορισμός είναι το κόστος. Αν και το νέον είναι πυκνότερο από το ήλιο, φαίνεται να μην έχει ναρκωτικές ιδιότητες.
Το μείγμα αργό–οξυγόνο έχει χρησιμοποιηθεί σαν πειραματικό αέριο αποσυμπίεσης. Το αργό είναι πιο πυκνό και περισσότερο ναρκωτικό από το άζωτο. Ωστόσο, στα πιο μικρά βάθη αποσυμπίεσης, μπορεί να επιταχύνει την απομάκρυνση του αζώτου ή του ηλίου από τους ιστούς του σώματος κατά τη διάρκεια των τελευταίων σταδίων αποσυμπίεσης. Το αργό εμποτίζει τους ιστούς του σώματος πιο αργά απ’ ό,τι το άζωτο ή το ήλιο και, συνεπώς, μπορεί να ελαττώσει τη συνολική πίεση ανενεργού αερίου στον ιστό.
Νόμοι των αερίων
Η συμπεριφορά των αερίων εξαρτάται από τρεις αλληλένδετους παράγοντες: θερμοκρασία, πίεση και όγκο. Μια αλλαγή σε έναν από αυτούς τους παράγοντες, όπως αύξηση της θερμοκρασίας, μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική αλλαγή στους άλλους παράγοντες. Η κινητική συμπεριφορά οποιουδήποτε αερίου θα είναι η ίδια για όλα τα αέρια ή τα μείγματα αερίων.
Οι σχέσεις θερμοκρασίας, πίεσης και όγκου είναι πιο βολικά εκφρασμένες σαν μια φανταστική ουσία, που ονομάζεται «ιδανικό αέριο». Δουλεύοντας με τους νόμους των αερίων, όλες οι πιέσεις είναι εκφρασμένες σαν απόλυτες πιέσεις, όλες οι θερμοκρασίες σαν απόλυτες θερμοκρασίες και όλες οι μονάδες που χρησιμοποιούνται στις εξισώσεις πρέπει να ανήκουν στο ίδιο σύστημα μέτρησης. Οι νόμοι των αερίων που θα έπρεπε να γνωρίζουν οι αυτοδύτες είναι ο νόμος του Boyle, ο νόμος του Charles, ο νόμος του Guy–Lussac, ο νόμος του Dalton και ο νόμος του Henry.
Ο νόμος του Boyle λέει ότι, αν η θερμοκρασία μιας συγκεκριμένης μάζας αερίου παραμείνει σταθερή, η σχέση ανάμεσα στον όγκο και την πίεση θα μεταβληθεί κατά τέτοιον τρόπο, ώστε το γινόμενο της πίεσης και όγκου να παραμείνει σταθερό.
