就目前而论,深海潜水员的作业限度为1,000英尺。
· 如果我们能够在1,000至3,000英尺深的范围内操作,我们能利用海洋热能的转换获取能量。
· 如果我们能够在2,000至2,500英尺的范围内操作,我们可把地球海底的百分之四,增作为可供搜寻海底石油的面积。
· 在深约2,000英尺处存在着可用以制造肥料的磷灰岩。
· 在太平洋水深5,000至10,000英尺处,数以英亩计的锰斑显露在外,随时可以增加世界上非常不足的供应量。
我们所必须做的全部事情是到达那里。
在水深1,000英尺处,海底是一个阳光莫入的禁区,没有防护的人不要几分钟就得冻死,每平方英寸444磅的水压力能在几秒钟内把他的肺挤得粉碎。这个令人望而生畏的鬼地方到目前为止,除非乘在潜水艇或钟形潜水器里,还从来没有人敢于潜入水下这么深。实际上甚至到二十世纪六十年代中期,为打捞公司、海堤和港口服务的商业性深海潜水员,也很少有在400英尺以深操作的。
但今天,这种情况已经有所改变,很简单,主要的原因是石油。自六十年代以来,巨型的海底石油和天然气钻架在世界各地耸立起来了。并由于能量价格的不断上涨使石油公司有利可图,他们出海越来越远,在水深300英尺600英尺以及1,000多英尺处打井。
这种工作的风险非常大,潜水员尽其所能来对付这种风险。他们人和装备随时保持着最佳状态(每天的作息时间表可以包括四十分钟柔软体操和几/J、时配备维修)。他们作救生演习。然而准备工作也只能到此为止。在愈来愈大的程度上,他们的生命寄托在过去二十年内发展起来的工艺技术上。
在美国,商业性的潜水员估计有1,000人,属于世界上技术最精湛的能手之列。他们经过充分训练,不但熟悉怎样在水下确保安全,而且精通在身体的正常节律受到破坏的环境中怎样完成复杂的任务。他们每年收入15,000至50,000美元,帮助构筑管线,控制锈蚀,检查水下机械设备,安装50吨重的井喷预防系统,并修复操纵庞大的钻机钻入海底的引缆的裂口。
最大的威胁
压力的变化构成深海潜水员最大的威胁之一。一个潜水员所呼吸气体的压力必须和他周围水的压力相等;不然的话他就有肺萎缩的危险。但同样必要的是潜水员如何适应加压气体和如何重新回复到水面空气中来——他的增压和减压——务必徐徐进行。
过快地从增压的空气里回复过来的主要危险是减压病,通称潜函病。当一个潜水员下水呼吸着加压气体时,加压气体被身体组织所吸收。如果他回到海面时速度太快,组织内的空气不及散出、转移到呼吸系统里去,以便在那里排出,此时体内气体的压力大于周围的大气,这些气体就在软组织、关节和神经里形成气泡,导致剧烈疼痛,严重损伤,甚至死亡。
在很浅的水中,潜水员简单地只要沉浮得慢些就能自行适应不同的压力。但当他们在更深处作业时,事情就变得更为复杂。目前在海底石油钻架上,潜水员是在钟形潜水器里完成增压和减压的。对潜往较浅处的安全增压可以在几分钟内整备就绪;另一方面,潜往深达1,000英尺的增压至少可化上四天。回复过程甚至更费时间,这是因为恰当的减压时间不只是下水深度的函数,而且是下水时间的函数。在水深300英尺处待半小时,减压得化3小时;在600英尺处待三十分钟,减压得化12小时或更多。在这两种深度的任何一种待30分钟以上甚至需要更多的减压时间。
就大多数情况而言,在已建成的钻架上,潜水员每个月只下水几次,通常每次最多三十分钟,从事修理和常规保养。在这种所谓闲散潜水中,可让两名潜水员在一个钟形潜水器里增压、下潜至作业水平面(一人外出操作,一人留在潜水器里充当候补),在相当短的时间内返回并减压。每当一口井或一条管线正在建造中时,则某些潜水员必须每天下水并在水下待较长时间。由每天加压和减压可能积累的下水时数不免代价过高。因之打捞公司开展了一种叫做饱和潜水的新技术,这种新技术是以适合实际为根据的,因为事实上一个潜水员处于压力之下24 ~ 30小时后,不论他逗留在受压状态多久,从一个已知深度减压所需的时间常保持不变。
当他们实行饱和作业时,一双潜水员增压直至要求的深度,在那里工作4 ~ 8小时作为一个班,两人各用一半的时间在水里操作。当他们回到水面时,留在压力舱内吃饭、睡觉、阅读、洗淋浴,一面由别的班下去。虽然这个每日作息时间表可继续一个月之久,事过以 · 后,潜水员化于减压的时间仍然只须待在压力下一天左右那么多。当然,在直径12英尺的钟形潜水器里做水下日常工作和消磨闲散时间简直令人厌烦;正如一个潜水员所说的,“有幽闭恐怖心理的人是永远当不了潜水员的”。
致命的气体
由于商业潜水员愈潜愈深去执行他们的业务,他们所呼吸的“空气”混合物与过去已有本质上的改变。—度,空气是简单地从海面泵送给潜水人员的。既然自戴式潜水呼吸器对需要有露天通讯传输管线并有时需长时间待在水下的作业并不合适,就只得仍然从上边泵送供呼吸的气体。但通过管线进入钟形潜水器而后输送给在水中的人的东西,确切地说,已不能再称为空气。在很深的深度,自然混合的呼吸气体可以致命。占普通空气百分之七十五的氮增压后可产生一种麻醉性的效应叫做氮昏迷,或“深水迷魂病”。在150英尺处,潜水员开始有异常的兴奋,这种状态对于正在操纵笨重装置的人是危险的。在水深300英尺处,氮含有六瓶马丁尼酒那样的兴奋,老手在对常人说明这种感觉时,自称深度每增加50英尺相当于多吃一瓶马丁尼酒)。此时,操作——任何操作事实上已经不可能。而且,稠密加压的氮呼吸租难,而氧,照它在空气中出现的那种浓度,可变得有毒。
为减轻这些问题,打捞公司研究出减少含氧浓度的气态混合剂(例如适用于1,000英尺深度的混合剂含氧率降低至百分之一点六),并用氦替换了氮。但尽管氦在压力下易于呼吸并没有麻醉性,却有它自己的缺点。举其一端,它把人的声音提高了几个音阶。(甚至,在最初采用这种新气体时,潜水员对上一个班工作差错的愤怒叫嚷,通过通讯管线引得地勤人员哄然大笑)后来,重新检波的装置减轻了这种所谓“响鸭”效应,但氦的另一种特性还要严重得多。氦的热传导比空气多七倍,它实际上夺走了潜水员自己身上的热量。
氮的热传导性能加重了本来已经艰巨的让潜水员在寒冷的深水里保持舒适的任务。潜水服,基本上是一种装有水循环系统的标准湿式潜水服,由汲自海面的热水加温至华氏83度左右,水再通过手套和长统靴上的孔释出。
关于气态混合物和减压时间表并没有行业性的标准。对一个人管用的气态混合物对另一个人不一定管用,一张某一天行得通的减压时间表在次日也许会造成潜涵病。美国海军部出版的减压时间表失之谨慎,然而私营的公司则任意设计他们认为最管用的秘密混合物和时间表。
曾努力设法使潜水更趋安全。例如在北海,饱和潜水员受伤后的治疗是令人发愁的问题。总而言之,让医生们出海到钻架上去,还是转移必须花五、六天减压的病人,是应该认真对待的难题。但最近,纽约国际打捞承包公司总经理André Galerne提出了一个回答:加设一所轻分量的钛制减压舱,由直升飞机把受伤潜水员从海上的钻架送往陆上医院去。
然而,不管有怎样严密的安全预防措施,商业打捞始终注定是一种危险的职业。潜水员不但遭遇所有建筑工人常见的压伤手,撞破头和骨折等普通种类的损伤,而且还会碰到更其在不知不觉中产生的问题,如随同经常压力的改变而来的丧失听觉和骨髓病。还没有人知道饱和操作的远期效应又将如何。
显然,油、气公司将继续向越来越大的深度探索石油和天然气。但商业潜水员能下去到什么程度来满足他们的要求呢?
直到几年前,据认为潜水员不可能潜到深于1,000英尺而不体验到一种叫做高压神经综合症(HPNS)的现象,这是由身体震颤,呕吐,疲劳,嗜眠,体重减轻等现象自动显示出来的。自1965年HPNS首次由Peter Bennett医生检定以来,科学家归结为这只是由过快的增压引起的。但在1970年,二名潜水员经过三天之久逐渐加压到1,500英尺而还是有HPNS现象时,似乎人类已经抵达了一个不可逾越的深度界限。
然而Bennett对不可逾越的深度不作肯定。迁移到Duke大学,他开始将少许氮放回到氦 - 氧呼吸混合气体里去试探减轻HPNS症状;他的理论前提是轻微的麻醉效应或者会抵消这些症状。1979年三名Duke的潜水员待在一个试验舱内放到了1,509英尺的模拟深度,呼吸着含有百分之五氮的混合气体。实验失败了,一名潜水员呕吐,其余的感到震颤和晕眩,去年三月,Bennett改用百分之十氮的混合气体,潜水员经过五天的加压生活,并没有出现HPNS症兆。最后,混合气体里的氮调整到百分之七点七。结果:创造了一个模拟潜水2,132英尺的世界纪录,没有出现HPNS. 由于气体密度较低,呼吸舒畅,而且先前模拟时别的试验对象在纯氦 - 氧大气中所经历过的恐惧感也明显消除了。Bennett打算继续向更深的深度进军。他指出:“猴子在三千英尺深度过得不错,老鼠曾到过八千英尺,早晚或许可能把这些老鼠送往一万或二万英尺那样的深度。”
他在深度上勇往直前,今年二月三日,三名潜水员坐在一具直径8英尺的钟形潜水器里进至模拟深度2,250英尺的新纪录。尽管达到这样的深度,Bennett报道说,有一名潜水员仍能胜任相当于跑一英里路那点力气的操作。
实践上的限度
虽则正在寻方设法打破阻止潜水员潜得比目前更深的生理学上的枷锁,但实践和经济性质的限度还是存在的。潜水员进入新的深度作业从而积累起成千上万个小时的减压时间所应付给的高昂费用将十分可观。
在某种意义上,水下作业的机械化已开始为人们所意识到,而且实际上已经掀起这样一个潮流。一家牌号叫休斯敦国际海洋工程公司的企业目前拥有15具称为JIM的单人潜水器。这种潜水器高六英尺半,重1,100磅,这种用镁铸件制造的JIM和一套特大的宇宙飞行服相似,装有一个圆盔和机械手。它所携带的呼吸用气体可借滤除二氧化碳的方法重复循环二十个小时。由于JIM是自己加压的,潜水员虽在水面下2,000英尺处仍可以呼吸到相当于海面压力的气体,取消了增压和减压程序。它们操纵灵活,足可听凭机内的人在海底或在水下装备毗连的走道上行动。
JIM的机械手表明能开关阀门,修复设备,检查加固裂开的引缆。它们存在着局限性)它们行动缓慢,在JIM里的一个潜水员得花六个小时做一个平常潜水员能在一小时内完成的工作。它们体积庞大,无法进入狭窄的场所。它们的机械手相当灵敏——一个潜水员能用机械手在三十秒钟内拴好一条缆索——它们需专门的工具帮助做更加复杂的工作,即使如此,它们也难比得上人手的灵巧。固然,JIM的优点不容忽视。
海洋工程学已开始用其他先进的技术监控设备并做简便的修理——其一是装配着机械手的钟型潜水器。同时在某些事例中、无人潜水艇已由地面工作人员操纵,他们在闭路电视中注视作业的进展。
海洋工程学家Bruce Bovie认为,“只要办得到,在水下作业现场保留潜水员仍然是重要的。然而,从长远来看,大部分超深的作业将不论由遥控设备或不使潜水员暴露在高度压力下的其他设备去完成。”
(Science Digest,1981年5月)