Stlačí se plíce i žaludek, krevní oběh se zastaví. Vědci popsali, co se děje s tělem ve velké hloubce

Pozůstatky ponorky byly nalezeny ve vzdálenosti zhruba 490 metrů od přídě Titaniku, který spočívá na mořském dně v hloubce kolem 3800 metrů od svého ztroskotání v roce 1912.

Na palubě Titanu přišel o život zakladatel a majitel společnosti OceanGate, která cestu pořádala, Stockton Rush. Spolu s ním našli smrt v hlubinách Atlantského oceánu britský dobrodruh a miliardář Hamish Harding, francouzský výzkumník Paul-Henri Nargeolet, pákistánský podnikatel Šahzada Dawood a jeho 19letý syn Suleman.

Podrobněji se k tomu pro Novinky vyjádřili čeští odborníci.

„Jsme suchozemští tvorové žijící v atmosférickém tlaku vzduchu. Jsme schopni se na nádech ponořit do jednotek metrů pod vodou. Nebyli bychom ale schopni pod vodou dýchat atmosférický vzduch, protože dýchací svaly nejsou s to přetlačit tlak vody působící na plíce,“ konstatoval Ladislav Sieger z katedry fyziky Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze.

Jak velký tlak může panovat na oceánském dně v hloubce zhruba 3,8 kilometru? „V hloubce okolo čtyř kilometrů máme tlak okolo 40 MPa, tedy 400krát vyšší, než je tlak atmosférický. Pro představu: tlak páry na vstupu do turbíny v jaderné elektrárně je okolo 6,3 MPa, tedy šestkrát nižší,“ připodobnil Sieger.

Podle Jakuba Poloprudského, doktoranda na Ústavu fyziky materiálů AV ČR, který se věnuje nádechovému potápění, je nad námi na souši sloupec vzduchu, jenž je srovnatelný s vodním sloupcem o výšce 10 metrů.

„Na vzduchu na nás tedy působí tlak jedna atmosféra, ale v deseti metrech pod vodou už jsou to atmosféry dvě. Toto navyšování pokračuje: ve 20 metrech jsou to atmosféry tři, ve 30 metrech atmosféry čtyři a tak dále. Loď Titanic je přibližně v hloubce 3800 metrů pod vodou. Přibližně můžeme říct, že v těchto místech bude tlak asi 380 atmosfér,“ vysvětlil.

„A to je právě tolik, jako když plochu jednoho metru čtverečního zatížíte hmotností 3800 tun. Představte si, že na střechu svého osobního auta (asi 2,7 m2) naložíte Eiffelovu věž o hmotnosti 10 100 tun. To je extrémní zatížení, a ponorka tedy musí být konstruována tak, aby toto zatížení vydržela,“ doplnil vědecký pracovník ze stejného ústavu AV ČR Jan Klusák.

Co se tedy stane s člověkem vystaveným vysokému tlaku?

Jakub Poloprudský + Jan Klusák: V jednom okamžiku na posádku tlačí několik tisíc tun vody. Je samozřejmé, že člověk by nepřežil ani pomalý nárůst takového tlaku. Představte si, že bychom na sebe naložili těch několik tisíc tun třeba i pomalu.

Ladislav Sieger: Především v tu chvíli implodují (stlačí se) veškeré prostory obsahující plyn. Jedná se o plíce, žaludek, střeva. Dojde k přetížení srdce a zastaví se krevní oběh. Potápěči obecně dýchají stlačené dýchací směsi, které svým tlakem musí přetlačit tlak vody, aby plíce nezkolabovaly. Z fyziologických důvodů nemohou dýchat vzduch nebo čistý kyslík, ale pro jednotlivé hloubky – a tím i tlaky – dýchají speciálně namíchanou směs plynů.

Potápěči se sami navíc nepotápějí do tak extrémních hloubek…

Ladislav Sieger: Přesně tak. Největší dosaženou hloubkou ponoru při volném potápění jsou stovky metrů. Rozhodně to nejsou kilometry. Živočichové, kteří jsou schopni v kilometrových hloubkách dlouhodobě žít, jsou fyziologicky na takový tlak adaptováni, a naopak obvykle nepřežijí pobyt v nižším tlaku, tedy vyzvednutí na hladinu.

Můžete přiblížit proces imploze, který stál za úmrtím posádky? Co to přesně znamená?

Jan Klusák: Imploze je opakem exploze. Je to výbuch, ale směrem dovnitř. Dojde k náhlému zborcení (ztrátě tvarové stability) dutého tělesa – zde právě ponorky. Vzhledem k obrovské zátěži k tomu došlo pravděpodobně během tisíciny sekundy.

Ladislav Sieger: Můžeme si to vyzkoušet s PET lahví. Naplníme ji 3–4 cm horké vody a protřepeme. Horkou vodou ohřejeme vzduch v lahvi. Lahev vyprázdníme a uzavřeme víčkem. Když byla lahev otevřená, je v ní stejný tlak jako v okolí, tj. atmosférický, ale je horký. Lahev ponoříme do ledové vody. Ochladíme vzduch v lahvi. Ten se smrskne, vytvoří podtlak a lahev se zdeformuje. To je důsledek imploze. Kdyby to tak nefungovalo, nemohli bychom zavařovat kompoty, protože by nám nedržela víčka. Víčka drží atmosférický tlak zvenku, protože při vychladnutí sklenice jsme vytvořili ve sklenici podtlak.

Jak musí být přístroj, v tomto případě ponorka, konstruován pro vysoké tlaky?

Jak Klusák: Každý dopravní prostředek je vyroben z materiálů, které mají omezenou odolnost proti různým typům zatížení. Ale navíc má každý materiál skryté vady, se kterými musíme počítat, že se časem projeví.

Takže i když projde ponorka testy a obstojí v nich, je nutné po čase provozu tyto testy opakovat, protože během provozu se mohou vady v materiálu zvětšovat, případně mohou vznikat nové, např. při nárazu na okolní objekty. Proto nesmíme zanedbávat servisní intervaly, jinak poškození naroste do kritických rozměrů a může způsobit fatální selhání konstrukce.

Pro srovnání: letadlo, které létá ve výšce 10 km, se musí z hlediska tlaků vně a uvnitř vyrovnat se zatížením asi 400krát menším, než je rozdíl tlaků vně a uvnitř ponorky.

Ladislav Sieger: Až na výjimky nejsou technická zařízení konstruována na rozdíl tlaků, který máme v ponorce v hloubce 3,8 km. Proto i většina vojenských či komerčních ponorek se pohybuje v hloubkách 250–500 m. Jeden kilometr je hranice, kterou se běžně nevyplatí překonávat, protože technická a bezpečnostní rizika jsou taková, že není zájem je podstupovat.

A co se vlastně stalo jedincům, kteří do poslední chvíle zůstali na palubě Titaniku v roce 1912? V čem to bylo jiné než nyní?

Jakub Poloprudský: Bavíme se o lidech uvězněných uvnitř lodi Titanic, která se potápěla. Postupné zvyšování tlaku je výrazně jiné než to, co se stalo na palubě Titanu. Existuje sportovní disciplína nádechového potápění, kde se potápěči na jeden nádech svépomocí nebo pomocí závaží dostávají do hloubky pod sto metrů. Tedy na tlaky vyšší než 11 atmosfér. Nicméně jsou to trénovaní lidé, kteří sestup do hloubky podstupují dobrovolně a v klidu – a mohou si sami určovat vhodnou rychlost sestupu.

Zatímco lidé na palubě Titaniku nepochybně panikařili – a můžeme předpokládat, že tlak narůstal velmi rychle. Kapalina v těle je nestlačitelná, avšak pro plynové kapsy v těle, jako jsou střední ucho a plíce, platí Boylův zákon. Ten říká, že při konstantní teplotě je objem plynu nepřímo úměrný okolnímu tlaku. To zjednodušeně znamená, že plíce mají v hloubce deseti metrů poloviční velikost než na povrchu. V určité hloubce už se plíce nemohou zmenšit a pro svoji vlastní ochranu se zaplní krví, aby se nezbortily samy do sebe.

To je obraný mechanismus, který mají vytrénovaný potápěči a mořští savci jako delfíni. Při překročení určitého objemu plic, zejména pokud se tlak zvyšuje velkou rychlostí, je pravděpodobné selhání jak plic, tak středního ucha. To znamená, že lidi uvěznění na Titaniku, i kdyby se neutopili, byli by zabiti narůstajícím tlakem.