Tại sao chúng ta không thể lặn sâu như cá?

A. Tại sao chúng ta không thể lặn sâu như cá?

Áp lực nước tác động lên toàn bộ cơ thể con người dưới nước. (Ảnh minh họa).

Con người tuy là làm chủ Trái Đất nhưng vẫn có rất nhiều hạn chế so với các sinh vật khác, trong đó khả năng bơi lội và lặn so với các sinh vật dưới nước thua kém rất xa.

Sự khác biệt tới từ chính cấu tạo của cơ thể và một vài quy luật vật lý:

1. Lặn sâu không bình oxy

Khi lặn sâu xuống nước, chúng ta cần có một lượng oxy đủ lớn trong phổi, do đó những người lặn mà không cần bình thì phải tập luyện thở rất nhiều để có dung tích phổi tối đa. Mặc dù vậy giới hạn lặn vẫn rất hạn chế.

Họ được mệnh danh là "người cá" vì có thể xuống tới độ sâu không tưởng (Loic Leferme, người lặn sâu nhất thế giới, xuống đến độ sâu 162m không có bình oxy vào tháng 10/2002).

Nhưng độ sâu đó cũng chẳng thấm vào đâu so với khả năng của cá hay các sinh vật biển khác.

Điều gì đã giới hạn khả năng này, nguyên nhân đến từ sức ép từ môi trường nước lên cơ thể, giới hạn dung tích phổi (trung bình chúng ta chỉ nhịn thở khoảng 3 phút) và khả năng thích nghi của cơ thể với áp suất thay đổi.

Giới hạn lặn của con người. (Ảnh minh họa).

Để có thể lặn sâu, các thợ lặn chuyên nghiệp không cần bình dưỡng khí, họ phải tập luyện để điều chỉnh nhịp tim phản xạ chậm nhằm giảm sự tuần hoàn, đồng thời tăng cường thể tích phổi tối đa.

Theo nhà sinh lý học Erika Schagatav, thuộc Đại học Harnosen (Thụy Điển), người lặn có thể tập luyện để thích ứng với sự thay đổi mà môi trường tác động khi bơi nhằm giảm nhịp tim xuống mức thấp nhất.

Điều này giúp cho các thợ lặn lâu năm có thể lặn sâu hơn những thợ lặn mới, điều không thể một sớm một chiều mà có được.

Tác động của áp suất dữ dội

Nếu như trên cạn, chúng ta chỉ chịu áp lực của không khí (khoảng 1 atmosphere) thì ở dưới nước chúng ta phải chịu thêm áp lực của nước (Cứ 10 mét nước là thêm 1atm) cộng với không khí.

Mọi vật chìm xuống nước đều chịu áp suất của nước. Áp suất này tỷ lệ thuận với độ sâu: khi độ sâu tăng 10m, áp suất sẽ tăng thêm 1 atm. Nghĩa là mỗi diện tích 1cm2 sẽ tăng thêm áp lực là 1kg.

Trong cơ thể có những phần rỗng mà lại có chất hơi như hai lá phổi, phần giữa của tai, các xoang (hốc xương) ở mũi, ở trán... Chúng là những phần nhạy cảm nhất với áp suất cũng như dễ bị tổn thương nhất.

Chúng ta vẫn không thể lặn sâu như nhiều loài cá. (Ảnh Internet).

Áp suất này tác động trước hết lên màng nhĩ khiến chúng ta cảm thấy vô cùng đau đớn do sự mất cân bằng áp suất.

Dù ta nút kín lỗ tai khi bơi lặn để tránh áp suất tác động vào tai thì xuống chừng 3 mét đã thấy khó chịu rồi vì màng nhĩ không cảm nhận được thay đổi về áp suất ở độ sâu, do đó cơ chế thích nghi không làm việc.

Nhưng tại sao chúng ta vẫn có thể lặn sâu trong một mức độ nhất định khi mà chỉ mới lặn sâu 30 mét thì cơ thể đã chịu lực ép tương đương 45.000kg!

Đây là do sự cân bằng áp suất giữa bên trong và bên ngoài cơ thể, cơ quan của người trưởng thành có tới trên 60% là nước.

Mặt khác, không khí nén mà người đó hít vào lại có áp suất bằng áp suất mà nước tác dụng vào người đó, giúp đối trọng lại sức đè này.

Một định luật vật lý phát biểu như sau: áp suất và thể tích của một chất khí biến thiên theo tỉ lệ nghịch.

Do đó, càng xuống sâu, thể tích các phần khí bên trong cơ thể như phổi càng giảm đi, nhưng con người chỉ chịu được sự giảm thể tích rất giới hạn, điều này làm khả năng lặn của chúng ta bị hạn chế rất nhiều.

Như vậy khi mà áp suất bên trong và bên ngoài còn cân bằng nhau thì người lặn vẫn trong trạng thái an toàn, một khi áp suất bên ngoài quá lớn so với áp suất bên trong. Chúng ta sẽ bị nước "đè" chết!

Ở độ sâu 160 mét, áp suất lên người là 16 atm. Nói cách khác, mỗi mét vuông chịu sức ép của... 160 tấn chất lỏng bên trên nó.

Với thợ lặn có trang bị bình dưỡng khí, họ sẽ thực hiện thao tác điều chuyển một phần không khí quý báu trong vòi Eustache (ống nối mũi với tai) nhờ bóp hai lỗ mũi và thở bằng mũi.

Còn khi áp suất quá lớn, chúng ta sẽ bị buồn nôn, ói, bất tỉnh... Thật nguy hiểm đúng không nào?

Có rất nhiều nguy hiểm khi con người lặn sâu dưới biển. (Ảnh minh họa).

Trở ngại về Nitơ

Nếu lặn sâu hơn (40 mét), người lặn có thể rơi vào trạng thái "say Nitơ". Lý do, khi lặn sâu, Nitơ lại tan vào trong máu nhiều hơn là do định luật về chất khí hòa tan trong nước:

Khi nhiệt độ không thay đổi thì số lượng khí hòa tan trong nước tỉ lệ thuận với áp suất của khí đó.

Bình thường, khi ở trên cạn chúng ở trạng thái cân bằng và nồng độ Nitơ ở mức an toàn trong máu. Nitơ sẽ xâm nhập vào máu khiến người lặn như một kẻ say rượu với các thao tác vụng về.

Triệu chứng còn nặng hơn, nếu vừa mệt lại vừa lạnh, nhất là trước đó lại có uống rượu. Xuống tới độ sâu 90- 100 mét, thì có thể bị mê sảng, bất tỉn. Gây nguy hiểm cho tính mạng người lặn.

Một nguy cơ nguy hiểm khác khi người thợ lặn lặn sâu nhưng đột ngột nổi lên mặt nước là, do áp suất nước giảm, nitơ trong máu bị giãn nở nhanh tạo nên những bọt khí làm tắc mạch máu vô cùng nguy hiểm.

Nitơ hòa tan quá nhiều gây rối loạn và tác động lên toàn bộ cơ thể, đây được xem là nguy cơ khiến cho nhiều người tử vong hoặc bị các di chứng nặng nề khi lặn.

2. Lặn sâu với bình dưỡng khí

Mặc dù được trang bị bình dưỡng khí, thời gian dưới nước của con người kéo dài lên rất nhiều, nhưng giới hạn lặn sâu vẫn rất hạn chế (khoảng 330m có bình oxy theo ghi nhận của sách kỷ lục Guiness do một công dân Ai Cập xác lập năm 2005).

Áp lực nước vẫn là yếu tố cản trở vô cùng lớn dù có bình dưỡng khí hay không (vì bình oxy chỉ giúp kéo dài thời gian dưới nước chứ không thay đổi được sự tác động của áp lực nước lên cơ thể).

Do sự nguy hiểm của áp lực nước lên cơ thể nên lặn không phải là môn thể thao dành cho mọi người, nhất là những người có bệnh về tim, tai, phổi, huyết áp, sức khỏe yếu...

B. Lý giải vì sao các loài cá và sinh vật biển khác có thể ở sâu dưới đáy đại dương

Giới hạn lặn sâu của một số loài cá. (Ảnh: Livescience.com).

Mặc dù thích nghi với môi trường nước nhưng không phải loài cá nào cũng có thể lặn sâu, chúng cũng có những giới hạn của riêng mình.

Theo đó, cá voi Sperm lặn sâu nhất dưới đáy biển với độ sâu 2km (cũng chẳng là gì so với độ sâu của biển đúng không nào?).

Lưu ý: cá voi thuộc lớp thú chứ không phải cá mà nhiều người nhầm tưởng từ tên gọi.

Chúng có những cơ chế riêng nhằm tạo ra sự cân bằng áp suất bên trong và bên ngoài để tránh bị áp lực nước "bóp méo". Đồng thời khả năng hô hấp bằng mang cũng là lý do khiến cá có thể sống thích nghi hoàn hảo trong môi trường nước.

Cá nhà táng.

Chúng không bị bệnh "giảm áp" như chúng ta do khi lặn, ví dụ cá voi nhà táng sẽ có phần ngực thu hẹp lại theo sự tăng áp suất bên ngoài, phổi cũng thu nhỏ lại, bọt phổi đẩy lên, trao đổi khí ngừng lại.

Khí nitơ sẽ không bị hòa tan trong máu giúp chúng có thể lặn lên lặn xuống rất nhanh mà không lo sợ sự thay đổi áp suất đột ngột tác động. Giúp chúng trở thành "quán quân lặn" sâu nhất của giới biển cả.

Những loại cá lại có những chiếc bong bóng khí có thể thay đổi thể tích dễ dàng nhằm giúp chúng thay đổi độ sâu dễ dàng. Sự thay đổi áp suất của bong bóng giúp chúng điều chỉnh vị trí dễ dàng.

Điều này giúp cá có thể lặn sâu mà vẫn cân bằng áp suất bên ngoài, tùy thể tích và kích thước cá mà chúng có thể lặn sâu tối đa bao nhiêu.

C. Tại sao vẫn có những sinh vật có thể sống dưới đáy đại dương, nơi có áp lực nước khủng khiếp nhất?

Các sinh vật biển thích nghi với môi trường nước và có thể lặn sâu hơn con người. (Ảnh minh họa).Các sinh vật biển thích nghi với môi trường nước và có thể lặn sâu hơn con người. (Ảnh minh họa).

Một điều thú vị là, vẫn có những sinh vật sống tận sâu dưới đáy đại dương thích nghi rất tốt với nơi không có ánh sáng lẫn áp suất vô cùng lớn này.

Áp lực nước biển không phải là vấn đề của các sinh vật dưới đại dương sâu bởi cơ thể chúng được cấu tạo gần như hoàn toàn bằng nước. (Tỉ lệ nước ở các sinh vật này cao hơn 70% cơ thể).

Nơi sâu nhất trên Trái Đất là đáy vực Mariana Trench ở Thái Bình Dương (10.894m), gấp 5 lần khả năng lặn của "quán quân lặn" là cá voi nhà táng. Các nhà khoa học ước tính tại đây, áp lực nước khủng khiếp tới ngưỡng 100 MPa.

Thế nhưng, vẫn có những sinh vật tồn tại được, tiêu biểu như bọ gấu nước. Một nghiên cứu do Kunihiro Seki và Masato Toyoshima thuộc ĐH Kanagawa (Nhật) công bố hồi 1998 cho thấy sinh vật này có thể chịu được áp suất lên tới 600 MPa ở trạng thái "đơ"!

Bọ gấu nước.

Sự sống luôn là điều kỳ diệu và tuyệt vời nhất ngay cả ở những môi trường khắc nghiệt nhất Trái Đất. Sự sống vẫn mạnh mẽ vươn lên một cách ngoạn mục.

Hiện nay, các nhà khoa học vẫn đang cố gắng sử dụng các thiết bị công nghệ mới để khám phá đáy đại dương, nơi vẫn là màn đêm bí ẩn với con người.

Theo Trí Thức trẻ