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1. 潛水史

 
 
 
 

作者:王勝源


一、潛水的起源

  潛水起源於人類對軍事作業、打撈作業、水下商業的需要,經由一再的嘗試和研究,擴展到潛水知識領域的追求。

  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,這種方法能使潛水員在水下停留一段時間並且完成少部份的工作。當時的人們認為只要延伸管子的長度,就可以增加潛水員在水中活動的範圍和深度,所以,早期的潛水裝備就是根據這樣的觀念設計出來的;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,因為,身體的部已受到來自水中極大壓力,以致於造成我們在水中呼吸困難。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。在這之前很多憑想像的理念設計出來的潛水裝備,因為對水下壓力的問題不十分瞭解,所以,設計出來的裝備都不切實際。

1.潛水鐘

  西元1500-1800年發明一種叫做潛水鐘(diving bell)的潛水工具,這件裝備可使潛水員在水中停留數個小時。潛水鐘的構造是一個大的、堅固的、沒有底部的桶子,它的重量可以使它垂直的沉入水中,藉著這種方式,使桶內充滿空氣,足夠供應潛水員在水中呼吸數個小時。

  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隨它往下潛。假如直接安放在工作地點的上方,潛水員可以閉氣游到外面活動一段時間。

  可查證的最早潛水鐘是在西元1531年製造的調節裝置。西元1680年,美國麻薩諸塞州的Willian Phipps改良潛水鐘,他使用數個倒立的小桶子和一個大桶子去尋找寶藏,他們帶著小桶子出去搜索,等小桶子空氣快用盡時,再回到大桶子更換新鮮空氣。

  西元1690年英國天文學家Edmund Hally(此人發現哈雷慧星的運行週期)發明一種潛水鐘可藉其它大桶子攜帶空氣沉入水中再補充潛水鐘內人員所需要的空氣。

 

  西元1715年,另一位英國人John Lethbridge發明一種可以將一個人包裹起來的潛水衣,潛水衣本身是用強化的皮革製造的空氣桶,在眼睛的部位有玻璃窗可看到外面,在手部的地方有兩個防止滲水的袖口,可以將雙手伸出袖口外完成一些工作。

  19世紀時有項工業技術的突破,那就是唧筒的發明,也就是利用壓力

 

送出空氣,這項技術就被應用潛水的水下空氣之供給方法。

2.潛水衣

  第一套最實用的潛水衣的發明應歸功於Augustus Siebe,那時候他是許多人中唯一發明出最成功的潛水裝置。

  西元1828年,John和Charles Deans他們兄弟開始熱衷於打撈工作,於是,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空氣到頭盔的管子,頭盔並沒有固定在潛水衣上,而只是藉著頭盔的重量安放在潛水員的肩上。用完或過多的空氣會從頭盔的底部排放出來,潛水員只要保持直立的狀態都不會有問題,可是,只要他一跌倒,頭盔將會很快的被灌滿水。西元1840年Siebe將這套潛水衣改良,成為今日潛水衣的藍圖。

3.潛水病

  西元1840年,一位政府的歷史學家,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個小時,無法避免風濕症的疾病。他和研究人員無法了解他所觀察到的現象,這種生理上的症狀在往後幾年變成職業潛水很重要的問題。

  西元1878年,法國的生理學家Paul Bert,他為了要研究壓力對人類生理的影響,決定親自在強大壓力下呼吸空氣,讓空氣中的氮氣大量的溶解在人體的血液和組織中。他發現只要壓力保持著,氮氣就會繼續溶解在液體中,一旦,恢復到常壓時,氮氣會很迅速的轉變成氣態離開身體,可是,氮氣形成的氣泡將會遍佈全身,導致許多疾病的症狀發生,假如氣泡阻塞流到重要器官的血管,人將會產生麻痺、癱瘓的現象,甚至於造成死亡。

  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昇到水面。他的研究使得深水潛水員發現一有潛水病的症狀出現,只要將患者送回潛水箱中的壓力中,患者疼痛現象就會立即減輕。

4.潛水生理症狀

  Bert建議潛水員使用循序漸近的穩定上昇方式並不完全的成功,某些潛水員仍然得到潛水病。120英呎是每一位潛水員作業的最大深度,如果,再繼續往下潛,部份的潛水員得到潛水病的機會將會增高而且比較沒有工作效率,甚至於偶而也會失去知覺。

  一位英國的生理學家J. S. Haldane,在西元1905年到1907年之間對英國皇家海軍潛水員做了一項試驗。他認為部份的問題歸因於潛水員的頭盔沒有足夠的通氣,因此,一氧化碳的含量相對的增加。他藉著實際的試驗,訂定標準的空氣流速是1.5ft3/min,頭盔在這標準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,這張表規定每站的解壓方法,經過了許多年的研究和改進,使得這份表變成潛水員上昇時的解壓標準。

  Haldane又繼續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,而深度的限制並不受生理因素的影響,是受到手動唧筒功能的影響。

  潛水員越潛越深,當他們潛得越深,另外一種疾病的症狀又開始出現,潛水員變得有點陶醉、失神(euphoric),甚至於失去判斷力,忘記他潛水要作的事情。西元1930年這種壓力變化與空氣中的氮氣有關係而且是在高壓的情況下呼吸所產生的,這就是所謂的氮醉(nitrogen narcosis)。氮氣本身會令人體產生麻醉的作用,假如,空氣壓力越大,這種情況越嚴重。使用氦氧混合氣代替空氣,對於深水潛水將可避免這些問題。

5.水下呼吸

  很多的發明,使得潛水員在水中停留的時間加長,活動性更好,以致於能夠完成更多的工作,但是,潛水員還是必須藉著從水面供應空氣的管子呼吸,因此,潛水員作業的範圍便受到嚴重的限制。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,發明家尋找許多方法。他們得到一個解決的方法,就是讓潛水員自己攜帶一個可供應空氣的裝備。現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)簡稱空氣瓶潛水(SCUBA)

二、史庫巴潛水之發展

  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明,其中,有二種主要的發展途徑,一為開放式迴路的史庫巴,另一為封閉式迴路的空氣瓶潛水。

  有兩位法國人,一位是海軍的官員,名叫Jacques - Yues Cousteau另一位是工程師,名叫Emile Gagnan,他們將一種新發明的調節器(regulator)和高壓的空氣瓶與開放式迴路的空氣瓶潛水組合起來,製造出第一件有效率且安全的開放式迴路的空氣瓶潛水,將水肺(Aqua - Lung)改良得更實用,藉由改良的水肺發展出更新的潛水技術。Cousteau使用他發明的裝備,很成功的潛到180英呎的水深,而且,並沒有發生任何的困擾。第二次世界大戰末期,水肺的裝置被使用在商業潛水的作業上。開啟了人類對海底世界的探討。

  水下潛水的活動因為空氣瓶潛水的發明,使得人類很快的熱衷於潛水運動,而且,有關科學和商業潛水作業也因為史庫巴的發明受益無窮。生物學家、地質學家、動物學家和考古學家開始潛入水中尋找地球、人類和文化的起源。而後,將開放式和封閉式迴路裝置結合在一起,逐漸運用在飽和潛水和深海潛水的潛水裝置。