一、 潛水的起源
潛水起源于人類對(duì)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(kuò)展到潛水知識(shí)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(shí)間并且完成少部份的工作。當(dāng)時(shí)的人們認(rèn)為只要延伸管子的長(zhǎng)度,就可以增加潛水員在水中活動(dòng)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(jì)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?yàn),身體的部已受到來自水中極大壓力,以致于造成我們?cè)谒泻粑щy。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(jì)出來的潛水裝備,因?yàn)閷?duì)水下壓力的問題不十分了解,所以,設(shè)計(jì)出來的裝備都不切實(shí)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(gè)小時(shí)。潛水鐘的構(gòu)造是一個(gè)大的、堅(jiān)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(gè)小時(shí)。
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(diǎn)的上方,潛水員可以閉氣游到外面活動(dòng)一段時(shí)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(guó)麻薩諸塞州的Willian Phipps改良潛水鐘,他使用數(shù)個(gè)倒立的小桶子和一個(gè)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(shí),再回到大桶子更換新鮮空氣。
公元1690年英國(guó)天文學(xué)家Edmund Hally(此人發(fā)現(xiàn)哈雷慧星的運(yùn)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(bǔ)充潛水鐘內(nèi)人員所需要的空氣。
公元1715年,另一位英國(guó)人John Lethbridge發(fā)明一種可以將一個(gè)人包裹起來的潛水衣,潛水衣本身是用強(qiáng)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(gè)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(shí)有項(xiàng)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(xiàng)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(shí)用的潛水衣的發(fā)明應(yīng)歸功于Augustus Siebe,那時(shí)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(huì)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(huì)有問題,可是,只要他一跌倒,頭盔將會(huì)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(lán)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(gè)小時(shí),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(guó)的生理學(xué)家Paul Bert,他為了要研究壓力對(duì)人類生理的影響,決定親自在強(qiáng)大壓力下呼吸空氣,讓空氣中的氮?dú)獯罅康娜芙庠谌梭w的血液和組織中。他發(fā)現(xiàn)只要壓力保持著,氮?dú)饩蜁?huì)繼續(xù)溶解在液體中,一旦,恢復(fù)到常壓時(shí),氮?dú)鈺?huì)很迅速的轉(zhuǎn)變成氣態(tài)離開身體,可是,氮?dú)庑纬傻臍馀輰?huì)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(huì)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(huì)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(jī)會(huì)將會(huì)增高而且比較沒有工作效率,甚至于偶而也會(huì)失去知覺。
一位英國(guó)的生理學(xué)家J. S. Haldane,在公元1905年到1907年之間對(duì)英國(guó)皇家海軍潛水員做了一項(xiàng)試驗(yàn)。他認(rèn)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(duì)的增加。他借著實(shí)際的試驗(yàn),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(jìn),使得這份表變成潛水員上升時(shí)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(dòng)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(diǎn)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?dú)庥嘘P(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?dú)獗旧頃?huì)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(duì)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(shí)間加長(zhǎng),活動(dòng)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(dòng),發(fā)明家尋找許多方法。他們得到一個(gè)解決的方法,就是讓潛水員自己攜帶一個(gè)可供應(yīng)空氣的裝備,F(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(jiǎn)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(guó)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(shí)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(duì)海底世界的探討。
水下潛水的活動(dòng)因?yàn)榭諝馄繚撍陌l(fā)明,使得人類很快的熱衷于潛水運(yùn)動(dòng),而且,有關(guān)科學(xué)和商業(yè)潛水作業(yè)也因?yàn)槭穾彀偷陌l(fā)明受益無窮。生物學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家、動(dòng)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(yùn)用在飽和潛水和深海潛水的潛水裝置。