会当击水三千里,上天“入海”的氢气|氢奇氢趣

人类起源

学术界一般认为人类起源于4500万年前的非洲大陆,但关于人类进化的历程,有位海洋生物学家阿利斯特?哈代(Alister Hardy)提出过一个有趣的观点——水生猿假说。

陆地物种在进化的过程中,会因为栖息地和食物不足,逐渐迁移到水中,并最终适应了水生环境。爬行动物中的海龟和海蛇,哺乳动物中鲸鱼和海豹就是如此。他认为,人类在某一时期也经历了这一过程。因为人类有一些和其它人科动物所没有的特征,这些特征却可以在水生动物身上找到。

水生猿假说

“水生猿”理论可以解释人类皮下脂肪层的保暖作用;手指长期浸泡在水中会出现皱褶,有利于在水下抓握动作;以及人类区别于猿类体表无毛的特征,也更好地减少了游动的阻力等。但由于缺乏直接证据,这个理论一直被否定,从未被证实。不过不论其真实性,这个假说的确美丽而神秘。

占地球近70%表面积的蓝色海洋,真切地孕育着地球上的生生万物。而人类对大海的向往和探索,从古至今,从未停止。我们通往海洋深处的航线,每一寸都有前辈们的斑驳血泪。

人类这头“两脚兽”

上一期我们讲到在摸索合适的潜水气体的过程中,氢氧潜水之父Arne Zetterstrom献出了自己年轻的生命。氢氧潜水研究也止步于此。氢气能否再次得到潜水家们的青睐?目前潜水的三气混合是怎么来的呢?这一期氢奇氢趣,我们继续带大家了解氢气潜水的历史。

再次启航

1960年起,由于当时氦气的价格昂贵,以及无法解决的300米深度的高压神经综合症,美、英、法、苏和瑞典等国再次相继开展氢氧潜水有关的动物实验。尤其是20世纪60年代末至70年代初,氢取代氦作为深海潜水用呼吸气体再次受到广泛重视。

这期间的氢氧潜水研究,动物实验达到约1000米深度,暴露时间达到24小时。人体实验深度也达到60米深度,暴露时间10 – 20分钟。

70年代,Edel等进行氢氧模拟潜水实验,除研究氢氧对机体的影响外,还包括氢氧潜水的安全操作程序、减压方案和呼吸气体转换技术等问题。这个阶段最大的收获是发现氢能有效预防高压神经综合症。

休闲潜水,潜水员所背的氦气瓶

著名的HYDRA实验

随着海洋开发的不断推进,人们需要更大深度的潜水作业,推动了氢氧潜水研究的深入。在世界范围内,法国在氢氧潜水研究中一直居于领先地位。80年代初,法国COMEX公司开始实施以氢为主体的深海混合气HYDRA潜水计划,包括动物、人体模拟和现场实验,由安全性、医学生理学和潜水设备研制等三部分组成。先后进行了HYDRA III~VII模拟实验,从75~90米氢氧常规潜水到520米氢氧饱和潜水。

  • 1983年6月,HYDRA III潜水实验,91米,法国COMEX公司在位于马赛附近海域进行,呼吸混合气组成是氢95%氧5%,未发现氢麻醉作用,体热散失效应类似于氦,呼吸阻力低于氦。
  • 1983年11月, HYDRA IV人体模拟实验,300米,受试者6人呼吸氢氦氧三元混合气,比例分别为74:24:2。心理学检查发现,视觉反应时间、计算能力、记忆力等效应均小于80米空气潜水,且小于98:2,深度为240米的氢氧潜水。呼吸98:2氢氧混合气时,180米深度开始出现麻醉,与氮麻醉情况不同,氢麻醉的主要表现为幻觉,麻醉程度也低于氮麻醉。氢氧潜水时心率变化小于氦氧潜水。氢潜水人体模拟实验后,血、尿、神经系统和呼吸功能方面等指标均未发现异常。同时进行了动物氢氧潜水实验,40只小鼠在600米深度暴露40小时,减至常压后,心、肝和肺等组织学检查未发现异常改变。
  • 1985年5-6月,HYDRA V人类氢氧潜水试验,450米,法国COMEX马赛高气压研究中心开展。这次试验中,6名潜水员居住在450米深度模拟舱内,气体成分为氢气、氦气和氧气(氢氦氧三元混合气)。HYDRA V是人类首次成功实施的氢气饱和潜水试验。从生化测定结果看,这次潜水试验非常成功,不仅避免了高压神经综合症,而且潜水员更容易呼吸。
  • 潜水实验

    HYDRA试验结果表明,在中或大深度潜水(400-600米)中,氢是一种最佳呼吸介质,“舱内用氦—舱外用氢”(在船上饱和舱内,潜水员呼吸标准的氦混合气;在海底作业时,他们呼吸氢混合气)的新颖潜水技术是完全可行的。采用这项新技术,原来所有能实施氦氧混合气大深度潜水作业系统只需简单改装,即可使用氢作为呼吸介质。

    氢氧潜水仓群系统

    氢介质的优越性

    氢气是一种不参与生理代谢的气体,它相对来说价格低廉,资源丰富,呼吸阻力小,并对高压神经综合征有拮抗作用。具有较高的经济价值和实用价值,是中等深度和大深度潜水的理想呼吸介质。它能够明显提高200m以上深水潜水员的水下作业分析能力,工作效率和工作强度,可以突破氦氧潜水极限深度。

    潜水之父库斯托在海中畅游

    氢气潜水的未来

    近年来,由于ROV(遥控潜水器)等水下无人操作系统的使用,国内外大深度人体潜水实验 道较少,另外由于氦气回收净化循环装置性能和质量不断提高,氦气紧缺状况得到缓解,加之氢气潜水应用技术复杂,目前实际应用较少,氢氦氧三元混合气体相对使用较广。

    利用现有潜水设备,中等深度以上使用含氢混合气,提高潜水质量是当今非常重要的研究课题,要求提供更加安全、快捷的呼吸气体转换方法和技术。

    我国氢气潜水应用研究虽然起步较晚,但可以在高起点上开展研究工作。特别是利用我国现有潜水设备,开展“舱内用氦-舱外用氢”的新颖潜水技术研究,提高潜水质量,增强援潜救生和水下作业施工能力是非常实际和有意义的。

    水母

    https://www.sohu.com/a/362105903_237819

    https://zh.wikipedia.org/

    https://www.sohu.com/a/353336555_120085179

    https://www.joiscientific.com/

    http://www.ibp.cas.cn/

    https://www.nsfc.gov.cn/

    https://www.china5e.com/

    Grochala, Wojciech. "First there was hydrogen." Nature Chemistry 7.3 (2015): 264-264.

     

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