دستگاه غواصی

فن شناوری در زیر آب یا غواصی علاوه بر اینکه کاربردهای صنعتی، پژوهشی و نظامی دارد، ورزش و تفریحی لذت‌بخش نیز به شمار می رود. غواصی مثل تمامی حوزه ها در سال‌های اخیر پیشرفت‌های شایان توجهی داشته و لذا انتقال دانش و روش‌های نوین غواصی به کشور ضرورتی دو چندان یافته است.
به گزارش مشرق به نقل از ایسنا، رضا بهره‌مند، مدرس بین‌المللی دوره‌های تربیت مربی غواصی و تکنیکال و آب‌های عمیق در سلسله به تشریح بخشی از پیشرفت‌های تکنیکی غواصی پرداخته است.

وی گفت: برای غواصی از تجهیزات تنفسی زیر آب استفاده می شود بدین ترتیب که غواص با همراه داشتن هوای فشرده تنفسی که درون سیلندر غواصی ذخیره شده است به زیر آب رفته و غواصی می کند. در نوعی از غواصی که به غواصی «مدار باز» موسوم است، باز دم غواص درون آب تخلیه می‌شود لذا غواص باید برای رسیدن به عمق زیاد سیلندرهای متعددی را با خود حمل کند. تقریبا بیشترین لوازم غواصی که در حال حاضر در اغلب مکان‌های عمومی وجود دارند و مردم با آن سر و کار دارند یا می‌شناسند از نوع مدار باز است. این نوع سیستم اولین بار توسط Cousteau به غواصان تفریحی معرفی و عرضه شد.

برای رفع این مشکل دستگاه غواصی «مدار بسته» ابداع شده که قادر است اکسیژن موجود در بازدم غواصی را بازیابی و با ترکیبات سیلندرهای کوچک همراه ترکیب کند. با استفاده از این دستگاه نیازی به حمل سیلندرهای سنگینی متعدد نیست و غواص می‌تواند با تجهیزاتی به مراتب سبکتر تا سه ساعت زیرآب تنفس کند.

مدرس بین‌المللی غواصی آب‌های عمیق و دستگاههای مدار بسته خاطرنشان کرد: دستگاه غواصی مدار باز ذاتا ناکارآمد است چون بخش کوچکی از هر تنفسی در دستگاه متابولیسم غواصی استفاده می‌شود و مقدار زیادی از اکسیژن قابل استفاده‌ دور ریخته می‌شود. علاوه بر این مقدار اکسیژن از دست رفته در این روش با افزایش عمق افزایش می‌یابد.

بهره مند تصریح کرد: دستگاه مداربسته اساسا یک دستگاه متفاوت غواصی است. سیستمهای مدار بسته تنفسی، به گونه ای ساخته شده اند که قابلیت پالایش بازدم غواص را داشته و بازدم او را با حذف دی اکسید کربن و افزودن اکسیژن برای تنفس دوباره آماده کنند. در حال حاضر سه نوع دستگاه مداربسته وجود دارد که شامل دستگاه مداربسته اکسیژن، دستگاه مداربسته نیمه بسته و دستگاه مدار بسته کامل است. این دستگاه‌ها هر کدام دارای مزایا و معایب خاصی می‌باشند که به طور خلاصه به آنها می پردازیم.

وی خاطرنشان کرد: به طور کلی تمام دستگاه‌های مداربسته معمول اجزای مشترکی دارند. تمام آنها دارای حلقه تنفسی مجهز به یک دهنی هستند که از طریق آن غواص شروع به تنفس می‌کند اگر کل حلقه تنفسی (breathing loop) از جنس سفت ساخته شود غواص نمی‌تواند بازدم خود را دوباره به داخل برده و استنشاق کند به عبارتی مثل این است که بخواهیم در یک بطری نوشابه تنفس کنیم.

به همین علت نوعی کسیه نرم یا تاشو متصل به حلقه تنفس وجود دارد که بازدم غواص در آن می‌رود و آن باد می‌شود و وقتی نفس می‌کشد آن خالی می‌شود.به این وسیله counter lung گفته می شود که ساختاری شبیه شش یا ریه دارد.

بهره مند خاطرنشان کرد: اگر غواص در این محیط شروع به تنفس کند در مدت زمان کوتاهی CO2 بازدم آن بالا رفته و به سطح خطرناکی می‌رسد به همین دلیل حلقه تنفس باید وسیله‌ای به نام قوطی جاذب CO2 داشته باشد که حاوی نوعی مواد شیمیایی می‌باشد که CO2 را جذب می‌کند. البته جاذب CO2 به تنهایی نمی‌تواند به غواص کمک کند تا غواص به صورت نامحدود غواصی کند چون اکسیژن در انتها در حلقه تنفسی توسط غواص مصرف می‌شود پس باید توسط یک سیستم اکسیژن نیز به سیستم یا حلقه تنفس (breath loop) تزریق شود تا غواصی ادامه پیدا کند.

وی افزود: علاوه بر این، برای جلوگیری یا به عبارت دیگری پیشگیری از اینکه غواص همان هوای بازدم خود را دوباره مصرف کند، حلقه تنفسی به صورت یک طرفه و در جهت عقربه‌های ساعت طراحی شده است.

بدین دلیل است که upstream check valve و downstream check valve در دو طرف دهنی قرار گرفته‌اند و اجازه می‌دهند گاز (دم) از یک طرف وارد و بازدم فقط از طرف دیگر خارج شود.

یکی دیگر از ویژگی‌های مشترک بسیاری از سیستم‌های تنفسی مدار بسته نحوه بستن یا shut-off کردن دهنی حلقه تنفسی است که می‌توان برای جلوگیری از ورود آب به حلقه تنفسی آن را زیر آب بست و اما تفاوت اساسی میان این سه نوع از دستگاه‌های مدار بسته در راه اضافه نمودن گازهای مختلف به حلقه تنفسی و کنترل غلظت اکسیژن در گاز تنفسی می‌باشد.

بهره مند خاطرنشان کرد: دستگاه مدار بسته اکسیژن ساده‌ترین نوع دستگاه از دستگاه‌های مداربسته است که نقطه شروع خوبی برای بحث در مورد دستگاه‌های پیچیده تر می‌باشد. دستگاه مدار بسته اکسیژن علاوه بر اجزای پایه ای که در ابتدا شرح داده شد، یک سیلندر اکسیژن خالص به عنوان گاز جایگزین مصرف شده توسط غواص دارد. بعضی از انواع دستگاه‌های مداربسته اکسیژن، اکسیژن را به میزانی ثابت که توسط خود غواص انتخاب می‌شود به حلقه تنفسی وارد می کند با این حال سوخت و ساز بدن با توجه به تجهیزات و پیشامدها در غواص متفاوت است. از این رو در سیستم‌های Active اکسیژن خود به خود به سیستم اضافه می‌شود حتی هنگامی که در استراحت به سر می‌بریم که باعث به هدر رفتن گاز از حلقه تنفسی می‌باشد یا اینکه به اندازه کافی اکسیژن در هنگام کار سخت وجود ندارد که غواص به صورت دستی و نه اتوماتیک مجبور به اضافه کردن oxygen از bypass valve می‌شود.

وی گفت: بسیاری از دستگاه‌های مداربسته اکسیژن، سیستم passive addition را به دستگاه خود اضافه کرده‌اند که به موجب آن اکسیژن به میزان مصرف سوخت و ساز بدن غواص اضافه شده است.

یک راه ساده برای دستیابی به میزان بیشتر گاز در حال استفاده، استفاده کردن از شیر مکانیکی می‌باشد که گاز را به counter lung اضافه می‌کند، از این روش در هنگامی که counter lung کاملا از کار می‌افتد نیز استفاده می‌شود. بدین ترتیب که بدن غواص، اکسیژن را گرفته و دی اکسید کربن تولید می‌کند. دی اکسید کربن توسط جاذب حذف شده و حجم گاز در حلقه تنفسی کاهش پیدا می‌کند، در نهایت مکیدن کامل هوا از دهان باعث بسته شدن counter lung می‌شود و در این زمان باید به روش مانوآل و دستی توسط شیر مکانیکی به اکسیژن اضافه کرد.

بهره مند تصریح کرد: در این سیستم بسیار مهم و حیاتی است که هنگام شروع غواصی اکسیژن خالص را وارد حلقه تنفسی کنیم. اگر حجم زیادی از گازهای دیگر در حلقه تنفسی وجود داشته باشد، ممکن است غواص قبل از فعال شدن شیر مکانیکی دچار hypoxia شود. چرا که پتانسیل برای مسمومیت اکسیژن بسیار زیاد است.

مسمومیت اکسیژن (CNS) در اعماق بیشتر از شش متر یا 40 فوت به وجود می‌آید و مانع از بهره‌برداری بیشتر توسط این نوع دستگاه می‌شود و برای دستیابی به عمق‌های بیشتر باید از مخلوط گازهای دیگر (نیتروژن، هلیوم) استفاده کرد که مستلزم به کارگیری دستگاه‌های نیمه مداربسته یا مداربسته کامل است.

دستگاه نیمه مداربسته برخلاف دستگاه مدار بسته اکسیژن، دارای فرمهای گاز مخلوط مداربسته می‌باشد که در آن گازهای دیگری به غیر از اکسیژن خالص در نظر گرفته شده است.

معرفی برخی اصطلاحات مربوط به فتوسنتز

• طیف عملی : action  spectrum

یعنی طول موج هایی از نور که باعث فعالیتی از نظر فیزیولوژی یا مرفولوژی در گیاه می شود .

• طیف جذبی :absorption  spectrum
  

به طول موج هایی که توسط هر رنگدانه ای جذب می شود طیف جذبی گویند .

• حالت برانگیختگی :escited  state

الکترون ها با دریافت انرژی مثلا انرژی نورانی خورشید به مدارهای بالاتر منتقل می شوند که به این حالت برانگیختگی گویند .

• فلورسانس : 

موادی که الکترونهای آن با دریافت انرژی برانگیخته شده برای مدت طولانی نمی توانند در این حالت باقی بمانند ودر نتیجه به حالت اولیه خود ( حالت بنیادی ) برمی گردند . که این برگشت ممکن است با ازاد شده گرما یا نور یا استفاده در واکنش های شمیایی باشد . اگر این برگشت به صورت نور باشد به آن فلورسانس گویند .

• فسفرسانس :

تعریفی مشابه فلورسانس دارد با این تفاوت که ؛ مدت زمان و دوام تابش در فسفر اسانس بیشتر است یعنی بعد از قطع منبع انرژی تابش برای مدتی ادامه دارد یا ممکن است بین قطع منبع انرژی وتابش نور فاصله زمانی وجود داشته باشد .

• عملکرد کوانتوم :

به نسبت بین عملکرد محصولات فتوشمیایی به تعداد کوانتوم هی جذب شده عملکرد کوانتوم گویند . مثلا برای تولید یک ملکول اکسیژن 8 یا 10 نور مورد استفاده قرار گرفته است در نتیجه بازده کوانتوم یک ملکول اکسیژن   1/10 یا 1/8 است .

• فسفر لاسیون : 

در واکنش های مربوط به فتوسنتز یا تنفس به اتصال p یا فسفر به ملکول هایی مثل ADP یا NAD+و امثالهم که باعث تولید ملکول های پر انرژی ATP و NADPH و... می شود فسفرلاسیون گویند .

• کربوکسیلاسیون : 

به تثبیت CO2 یا ترکیب آن با روبیسکو یا پیروات در واکنشهای فتوسنتز کربوکسیلاسیون گویند .

• (photo synthetic Carbon Reduction cycle)
•    PCR:

چرخه احیاء یا تثبیت کربن فتوسنتزی در گیاهان C3 ( چرخه کالوین )

• PCA :

(photo synthetic Carbon Assmilation cycle)  C4چرخه اسیمیلاسیون کربن فتوسنتزی در گیاهان 

• Photorespratio Carbon  oxidation : PCO

تنفس نوری که با افزایش حرارت به همراه افزایش تجمع اکسیژن معمولا در گیاهان C3 رخ می دهد .

• Photon Flox density: PFD

غلظت جریان فوتون ؛ که منظور استفاده از واحد تعداد مثلا مول در واکنش های نوری است .

• Photon Flox Rate : PFR

شدت جریان فوتون : یعنی مقدار فوتون هایی که در واحد سطح و واحد زمان دریافت می شوند .

• Photosynthsis Active Radiation :PAR

تشعشع فعال فتوسنتزی ؛ که این تشعشع بین طول موج های 400 تا 700 نانومتر می باشد .

• اثر غربالی :Sieve effect

بخشی از نور تابیده شد توسط کلروپلاست جذب نمی شود وبه لایه های پایینی نفوذ می کند ؛ به این حالت اثر غربالی گویند .

• پارا هلیوتروفیک : 

برگها در برخی از گیاهان خلاف جهت حرکت خورشید می چرخند تا نور وحرارت کمتری را دریافت کنند ؛ تا از حرارت زیاد آن در امان باشند که به این عمل پارا هلیوتروفیک گویند .

• هلیوتروفیک : 

برگها در برخی گیاهان در جهت حرکت خورشید می چرخند تا نور بیشتری را دریافت کنند به این حالت هلیو تروفیک گویند .

• مهار نوری :

گیاهان اگر در معرض نور شدید قرار گیرند ؛ مخصوصا گیاهانی که سایه دوست هستند ؛ فتوسیستم 2 آنها اسیب می بیند ؛ که به مهار نوری معروف است .

• نقطه جبران نوری : 

شدت نوری که در آن میزان فتوسنتز با تنفس برابر می شود ویا CO2 جذب شده با O2  خارج شده باهم برابر است .

گیاهان C3 زودتر به نقطه جبران نوری میرسند .

• نقطه جبران CO2 : 

غلظتی از CO2 که در آن غلظت فتوسنتز با تنفس برابر می شود .
گیاهان C3 دیرتر یا در غلظت های بیشتری از CO2 به نقطه جبران CO2 می رسند .

• مهار کنند های تنفسی : 

برخی از مواد یا سموم که با ترکیب با حاملین الکترون در زنجیره تنفسی آن را مختل می کنند ومانع از تولید انرژی یا ATP از FADH و NADH می شوند را مهار کننده تنفسی گویند .

که ممکن است در مقاطع مختلف از انتقال الکترون اختلال ایجاد کنند .

• تنفس مقاوم به سیانید : 

در برخی از گیاهان که توسط سیانید اختلالی در زنجیره تنقسی آنها رخ داده ؛ این گیاهان یک مسیر فرعی برای انتقال الکترون برای خود مهیا می کنند تا تولید انرژی در آنها به طور کامل مختل نشود . به این عمل تنفس مقاوم به سیانید گفته می شود . ( سیانید از مهار کننده های تنفسی است )

انرژی تولیدی از این مسیر کمتر از مسیر اصلی در زنجیره تنفسی می باشد .

• تبعیض ایزوتوپ کربن : 

در اتمسفر کربن در سه ایزوتوپ وجود دارند که شامل C12 - C13 - C14  می باشند  .که نسبت وجود اینها در اتمسفر متفاوت است .

اما در  گیاهان به همان نسبتی که انواع ایزوتوپ کربن در اتمسفروجود دارد استفاده نمی شود ؛  بلکه به نسبت بیشتری از کربن ( C12 )  در فتوسنتز استفاده می شود . به این حالت تبعیض ایزوتوپ کربن گویند