🧪 Chemia i nauka

Puszczanie wiatrów pod wodą: fizyka i biologia gazów jelitowych w wodzie

Co się dzieje, gdy puszczamy wiatry pod wodą? Fizyka jest jasna: gaz unosi się ku górze. Ale zachowanie gazów jelitowych w wodzie jest bardziej złożone, niż się wydaje — zależy od ciśnienia, temperatury, rodzaju gazu i głębokości. Dla nurków to nie jest trywialne pytanie, dla biologów morskich — istotne, a dla wszystkich pozostałych: takie, które każdemu człowiekowi przyszło do głowy przynajmniej raz podczas kąpieli.

Wyporność i tworzenie pęcherzyków: fizyka podwodnego puknięcia

Gazy jelitowe w wodzie podlegają prawom hydrodynamiki. Ponieważ gaz ma znacznie mniejszą gęstość niż woda (powietrze: ~1,2 kg/m³ wobec wody: 1000 kg/m³), pęcherzyk gazowy w wodzie doświadcza silnej siły wyporu i unosi się ku górze. Prędkość wznoszenia zależy od wielkości pęcherzyka: małe pęcherzyki (średnica poniżej 1 mm) unoszą się wolno i mogą być odchylane przez prądy. Większe pęcherzyki unoszą się szybciej i przy tym zmieniają kształt — początkowo sferyczny, następnie, przy większych średnicach, parasolowaty. Pęknięcie na powierzchni wody generuje fale dźwiękowe, które człowiek odbiera jako „blup" — akustycznie krótki, niski impuls. W wannie efekt ten jest szczególnie dobrze słyszalny, ponieważ ściany odbijają fale dźwiękowe, sprawiając, że wynik brzmi głośniej niż na otwartej wodzie.

Nurkowanie i gazy jelitowe: co nurkowie powinni wiedzieć

Dla nurków rekreacyjnych gazy jelitowe są praktyczną, choć rzadko omawianą rzeczywistością. Wraz ze wzrostem głębokości ciśnienie wody rośnie (o 1 bar na każde 10 metrów), sprężając gazy jelitowe. Na głębokości 10 metrów gaz ma tylko połowę swojej objętości z powierzchni. Podczas wynurzania ponownie się rozszerza — efekt, który nurkowie odczuwają na własnej skórze. Z medycznego punktu widzenia: nurkowie oddychający sprężonym powietrzem (doświadczający narkozy azotowej na większych głębokościach) powinni wiedzieć, że problemy żołądkowo-jelitowe pod ciśnieniem mogą być inaczej odczuwane. Manewr Valsalvy — tłoczenie przy zamkniętych drogach oddechowych w celu wyrównania ciśnienia w uchu środkowym — chwilowo zwiększa ciśnienie śródbrzuszne i może sprzyjać uwalnianiu gazów. Wśród profesjonalnych nurków pęcherzyki wydobywające się z tyłu, a nie z regulatora, są akustycznie dyskretne i zaskakują partnerów nurkowania znacznie rzadziej, niż można by się spodziewać.

Zwierzęta morskie i podwodny gaz: pęcherzyki jako komunikacja

Wiele zwierząt morskich funkcjonalnie używa gazu. Ryby posiadają pęcherz pławny (worek gazowy) regulujący wyporność — nie gaz jelitowy, ale też biologiczna objętość gazu. Śledzie są znane z wydawania dźwięków wysokiej częstotliwości poprzez uwalnianie gazu z odbytu (zjawisko to zostało naukowo opisane jako „Fast Repetitive Tick", FRT). Czy jest to komunikacja, czy produkt uboczny — biolodzy wciąż dyskutują. Gazy jelitowe kaszalotów są znaczące ze względu na ich rozmiar (do 20 ton) i bogatą w kałamarnice dietę. W komorach ciśnieniowych do badań oceanograficznych analizowano zbiorowiska gazów z tusz wielorybich — wynikiem jest koktajl metanu, CO₂ i różnych związków organicznych. Dla nurków w pobliżu dużych grup wielorybów uwalnianie gazu przez zwierzęta jest niekiedy wyczuwalne — jako rozległe ślady pęcherzyków.

Dlaczego puki w wannie brzmią i pachną inaczej

Wanna jest codziennym laboratorium fizyki podwodnej. Kilka obserwacji z naukowym uzasadnieniem: Dźwięk — podwodny puk brzmi wyżej i bardziej urywanie niż w powietrzu, ponieważ woda przewodzi dźwięk 4 razy szybciej niż powietrze, a pęcherzyk tworzy krótki impuls na powierzchni. Dźwięk rozchodzi się jednocześnie przez wodę, wannę i powietrze — jest to złożone zdarzenie akustyczne. Zapach — siarkowodór (H₂S), główny składnik zapachu puknięcia, dobrze rozpuszcza się w wodzie. Oznacza to, że podwodny puk częściowo uwalnia pachnące związki do wody kąpielowej, a nie bezpośrednio do powietrza. Faza powietrzna pachnie mniej intensywnie, ale woda pochłania cząsteczki zapachowe — co może wyjaśniać, dlaczego po podwodnym puku przez chwilę pachnie woda, a nie powietrze. Wielkość pęcherzyków — „cichy, ale śmiercionośny" rodzaj może się w wodzie objawić jako wiele małych pęcherzyków unoszących się pojedynczo.

Czy wiesz, że?

Ciekawostka

Naukowe odkrycie komunikacji śledzi poprzez uwalnianie gazu analnego (FRT) zostało nagrodzone Ig Nobel Prize za rok 2004 w dziedzinie biologii. Badacze Ben Wilson i Robert Batty (Szkocja) oraz Lawrence Dill (Kanada) stwierdzili, że śledzie częściej uwalniają gaz w ciemności — możliwe, że jako pomoc nawigacyjną. Żart w zespole badawczym: skrót FRT został wybrany celowo. Ich artykuł zaczyna się słowami: „Opisujemy po raz pierwszy, według naszej wiedzy, powtarzające się szerokopasmowe dźwięki związane z wydalaniem gazu z odbytu u śledzi pacyficznych i atlantyckich".

Źródła

Powiązane artykuły

Przejdź do galerii 💨

‹ Powrót do encyklopedii