В процессе продолжительного эволюционного развития организм человека адаптировался к воздействию гравитации, атмосферного давления, строго определенному газовому составу воздуха, то есть к так называемым обычным условиям окружающей среды. Во время спуска под воду привычные раздражители заменяются иными: возрастает барометрическое давление, вес тела значительно уменьшается, ухудшается острота зрения и т.д.
Наибольшее значение для человека при погружении под воду представляют следующие факторы гидросферы: плотность, гидростатическое давление, вязкость, теплопроводность, рефракция и абсорбция света, звукопроведение и звукопоглощение.
Плотность воды примерно в 800 раз выше, чем воздуха. Плотность воздуха составляет 1,225х10-3 г/см3, а воды - колеблется от 999,13х10-3 до 1026х10-3, что зависит от количества находящихся в ней солей.
Относительная плотность дистиллированной воды при температуре (t) 4°С принимается за 1. В пресной воде обнаженное тело человека обычно весит не более 3,5-4 кг. В море, где относительная плотность воды выше из-за содержащихся в ней солей, вес человека уменьшается до 1-2 кг. На вдохе относительная плотность тела меньше, а на выдохе превышает 1.
Барометрическое давление на уровне моря составляет 760 мм рт. ст. или 1 атмосферу (1 кгс/см2). В период погружения в гидросферу оно, в соответствии с повышенной плотностью воды, увеличивается на 1 кгс/см2 на каждые 10 м глубины. Таким образом, на глубине 10 м давление водного столба (гидростатическое давление) будет равно 2 кгс/см2, на глубине 20 м - 3 кгс/см2 и т.д. В обычных условиях на суше разница барометрического давления, определенная средним ростом человека, практического значения не имеет, однако при спуске под воду в вертикальном положении разница давления воды на 180 см роста будет весьма значительная и составит около 137 см рт. ст.
Вязкость воды примерно в 60 раз больше, чем воздуха. Коэффициент внутреннего трения (г/см · с = пауза) составляет 114х104 + 138х104, а воздуха 17932х10-4. Вследствие этого внешняя структура движений человека в воде несколько меняется - уменьшается значение момента усилия. Таким образом, в гидросфере практически отсутствует баллистический характер движений, а преобладают локомоции с постоянным приложением усилий.
Коэффициент трения играет большую роль при различной скорости передвижения под водой, так как от него зависит гидродинамическое сопротивление:
R = 1/2 Cе + Cv + Cw /pSV2,
где R - сопротивление; Cе - коэффициент трения; Cv - коэффициент формы тела; Cw - коэффициент волнообразования; p - плотность воды; S - поверхность тела; V скорость передвижения.
Теплопроводность воды в 25 раз выше, чем воздуха при обычном атмосферном давлении (1 кгс/см2). Коэффициент теплопроводности воды составляет 53 ккал, а воздуха - 2,3 ккал/ч · М2 · °С. Поэтому у человека, находящегося в воде, усиливается отдача тепла путем проведения и увеличивается теплопродукция. При определенных условиях (ныряние в холодной воде) значительные потери тепла не способны компенсироваться усиленной теплопродукцией, что может привести к переохлаждению (гипотермии).
Коэффициент абсорбции света в воде зависит от интенсивности солнечной радиации, а также диффузии света через водную толщу и равен 7 · 102/
4.
С глубиной погружения спектр солнечного излучения изменяется. Более всего в
гидросфере поглощается свет с длиной волны, соответствующей красной и зеленой
части спектра, то есть более 500.
В связи с этим тон цвета воспринимается человеком менее насыщенным. Лучше других
воспринимаются белый и фиолетовый тона.Прозрачность воды зависит от состава органических и неорганических веществ, растворенных в ней. Наибольшую прозрачность воды имеют моря. В Саргассовом море, например, прозрачность воды обеспечивает видимость в 50-60 м. Наименьшей прозрачностью обладают реки, дельты рек и озера. Прозрачность воды в некоторых судоходных реках позволяет у поверхности различать предметы не далее 0,5 м, а на глубине 1,5-2 м видимость практически отсутствует.
Коэффициент преломления (рефракция) чистой воды составляет 1,3336, а воздуха - 1,00029. У морской воды он еще больше - 1,3417. Попадая на поверхность воды, свет частично отражается и, преломляясь, распространяется в ее толще. Угол отражения всегда равен углу падения света, однако степень отражения зависит от уровня световой радиации и угла отражения.
Индекс преломления выражается уравнением:
h = sin j/sin r,
h - индекс преломления; j - угол падения; r - угол преломления.
Чистая пресная вода имеет h = 4/3. Критический угол отражения света от воды составляет 48,5°. Энергия света при изменении угла падения отражается следующим образом: при 70° - более чем на 13 %, при 80° - более чем на 35 %. Для различных частей спектра угол преломления отличается на 5-10 %.
Под водой человек без маски видит все предметы смутно и как бы расплывающимися даже в прозрачной воде при хорошей освещенности. Это объясняется близкими величинами коэффициентов преломления световых лучей: роговицы глаза - 1,376 и воды - 1,334.
В гидросфере скорость проведения звука в 4,3 раза выше, чем в воздушной среде. В воде скорость проведения звука составляет 1460х102 см/с, в воздухе - 340х102 см/с. Такая высокая звукопроводимость делает возможность ориентировки на звук под водой чрезвычайно затруднительной. В воздушной среде местонахождение звука человек определяет по времени запаздывания звуковых колебаний, приходящих в ухо, находящееся дальше от источника звука (улавливаемая разница 0,001 с). В воде разница становится неуловимой. Кроме того, звуковые колебания возбуждают синхронные им колебания черепа. Возникает ощущение, что звук идет со всех сторон. Ошибка в ориентировке может достигать 180°.
Коэффициент поглощения звука в гидросфере выше (25х 10-17), чем в воздухе (40 х 10-13). В гидросреде поглощение звука зависит от его частоты, а также температуры и солености воды. Например, поглощение звука в воде с частотой 103 Гц составляет 0,01 дБ/км, а с частотой 104 Гц - 1 дБ/км. Скорость абсорбции звука возрастает на 1 м/с при увеличении солености на 1 %; на 3,5 м/с при повышении температуры воды на 1°С и на 0,16 м/с при возрастании гидростатического давления на 1 кгс/см2.
