Конечно, Леонардо да Винчи не был знатоком водолазного дела. Спроектированное им снаряжение для искателей жемчуга в Индийском океане состояло из дыхательной трубки шноркельного типа и жесткого шлема с застекленными отверстиями для глаз и даже с шипами для защиты от рыб, однако в таком костюме невозможно было нырять глубже чем на 2—3 фута. По-видимому, Леонардо не учитывал воздействия давления воды на грудную клетку человека.
Давление является следствием веса. Воздух имеет вес, отсюда и атмосферное давление. Нормальное давление атмосферы на уровне моря составляет около 14,7 фунта на квадратный дюйм. Мы не ощущаем его, поскольку давление воздуха внутри человеческого организма равно внешнему давлению. Но если воздух из тела человека выкачать насосом, то грудь его будет раздавлена почти двухтонным давлением атмосферного воздуха. На уровне моря атмосферное давление больше, чем на вершине горы, потому что воздух внизу уплотнен тяжестью его верхних слоев. Мы живем, так сказать, на дне воздушного океана. То же происходит и в море: наибольшая плотность воды и, следовательно, наибольшее давление наблюдаются на дне. У самой поверхности океана давление воды почти равно нормальному атмосферному давлению. По мере того как водолаз погружается, давление увеличивается, поскольку вес воды, давящей сверху, все время возрастает.
Вода гораздо тяжелее воздуха, поэтому и давление на тело по мере его погружения в воду возрастает быстрее, чем в воздушной среде. С каждым футом глубины оно увеличивается почти на полфунта на квадратный дюйм площади тела. Следовательно, когда водолаз погружается под воду с дыхательной трубкой-шноркелем, давление на его тело снаружи становится все большим и большим по сравнению с давлением воздуха в его грудной клетке. Естественное движение воздуха направлено из области большего давления в область меньшего, т. е. вверх, а не вниз по дыхательной трубке. Находясь у самой поверхности воды, водолаз может помешать этому естественному движению с помощью мышц грудной клетки: напрягая мышцы, он удерживает воздух внутри тела. При дальнейшем погружении мышечное усилие должно увеличиться, и уже на глубине в два-три фута давление воды окажется непосильным для мышц.
Если бы искатели жемчуга воспользовались дыхательной трубкой Леонардо, действовавшей подобно поднятому хоботу слона, то они бы задохнулись. Древнегреческие и древнеримские ныряльщики, применявшие дыхательные трубки, должно быть, знали об этом явлении, хотя и не умели его объяснить. Да и сам Леонардо обнаружил бы его, если бы подверг свое изобретение простейшему испытанию. Однако его идеи остались в записных книжках и при жизни автора не были опубликованы. Поэтому изобретение практически применимого водолазного костюма задержалось до тех пор, пока не был создан водолазный колокол.
Простейший водолазный колокол автономного действия применялся на глубинах, значительно превышающих два-три фута. Такие колокола применялись в спасательных работах уже в начале XVI в. Принцип действия водолазного колокола, как древнего, так и современного, весьма прост. Укрепите зажженную свечу на пробке и опустите ее на воду. Затем возьмите стакан, переверните его вверх дном, накройте свечу и погрузите в воду. Свеча окажется под водой вместе со стаканом, но она останется сухой и не перестанет гореть. Объясняется это просто: окружающая стакан вода не позволяет воздуху выйти наружу, и он там остается.
Но хотя воздух и остается в стакане, объем его уменьшается. Дело в том, что воздух, являясь смесью газов, легко сжимается. Давление воды заставляет его уменьшаться в объеме. Чем выше давление на стакан, тем меньше заключенный в нем объем воздуха. Но свеча продолжает гореть, пока в воздухе есть кислород. Потом она гаснет.
Водолазный колокол напоминает перевернутый стакан, а человека, находящегося под ним, можно сравнить с зажженной свечой. На воздух, которым он дышит, оказывается такое же давление, как и на окружающую человека воду, поэтому его грудная клетка остается невредимой. При желании он может выйти на короткое время из колокола, чтобы выполнить какую-либо работу под водой, а затем возвратиться в него, если нужно, за новым запасом воздуха.
Первые водолазные колокола имели существенные недостатки. Уже на глубине тридцати трех футов уровень воды в колоколе достигал половины его высоты, и если колокол был недостаточно велик, его нельзя было держать под водой долго, ибо человек, находившийся в нем, быстро использовал весь имевшийся в воздухе запас кислорода. Преодолеть эту трудность можнолишь одним способом — подачей свежего воздуха в водолазный колокол.
Но как это сделать? Если просто провести трубку с поверхности в колокол, то весь имеющийся в нем воздух под давлением воды устремится вверх. Эту трудность удалось преодолеть или по крайней мере избежать ее астроному доктору Эдмунду Хэлли. Он пришел к выводу, что нет вообще надобности в какой-либо трубке. Хэлли просто погружал в воду герметически закупоренные бочки, наполненные воздухом, и пользовался ими для пополнения запаса воздуха в колоколе.
Так было в 1690 г. А спустя сто лет Джон Смитон, строитель третьего Эддистоунского маяка, придумал более радикальное решение — применение воздушного насоса. Он предложил соединить трубкой колокол с поверхностью воды, но не позволять воздуху выйти наружу, а нагнетать его сверху. Эго помогало не только возместить потерю кислорода, но и вытеснить из колокола воду, а вместе с ней и избыточный воздух, который, выходя па поверхность, образовывал огромные пузыри. Таким образом, людям, находившимся на дне моря под колоколом, стало гораздо удобнее работать.
Идея Смитона не была оригинальной. Первенство в этом отношении принадлежит французскому физику Дени Папеиу, предложившему насос еще до того, как Хэлли начал испытывать свои бочки. Однако Смитон первый применил насос на практике. Он сконструировал первый современный водолазный колокол. И значение его работ не только в этом. Изобретение Смитопа вывело водолазный колокол из категории автономного снаряжения и создало условия для использования подачи воздуха с поверхности, после чего появление водолазного костюма стало не только возможным, но и неизбежным.
Однако это не умаляет заслуги Августа Зибе, сконструировавшего в 1819 г. первый практически применимый водолазный костюм. Он состоял из металлического шлема (с иллюминатором на лицевой стороне) и куртки, доходившей водолазу до пояса. Шлем соединялся трубкой с поверхностью. Воздух подавался в шлем с помощью насоса. Избыточный воздух выходил из-под краев куртки у талии.
Такой открытый водолазный костюм представлял собой разновидность экономичного и сравнительно гибкого водолазного колокола. Главным его недостатком было то, что водолаз не мог свободно нагибаться, не рискуя открыть доступ воды под куртку. Восемнадцать лет спустя Зибе устранил этот недостаток, сконструировав закрытый костюм, основанный на том же принципе, что и открытый. Однако теперь все тело водолаза, кроме кистей рук, покрывал цельносшитый комбинезон, причем на запястья надевались водонепроницаемые манжеты. Избыточный воздух выходил через клапан в шлеме.
Закрытый костюм Зибе и есть тот скафандр, который применяется в усовершенствованном виде в настоящее время. Внешне он неуклюж. Процесс надевания его утомителен и отнимает много времени, а передвигаться в нем на поверхности, имея на ногах башмаки со свинцовыми подошвами, весьма трудно. Шлем тяжел. В довершение всего перед спуском на водолаза навешивают два сорокафуптовых груза. Но как только водолаз скрывается под водой, эти грузы буквально сваливаются у него с плеч. Если ему захочется прекратить спуск, он может обезвесить себя. Воздух, нагнетаемый сверху, придает ему плавучесть, которую можно контролировать, регулируя выдыхательный клапан в шлеме. Когда водолаз хочет подняться, он лишь слегка прикручивает винт клапана и всплывает на поверхность с нужной ему скоростью.