엉터리 다이빙

수중으로 내려가면 그 곳만의 독특한 즐거움을 느낄 수 있다.

스쿠버 다이빙은 일반인들도 1시간 동안 간단한 교육을 받으면 전문가들의 안내를 받아 얕은 바닷 속을 들여다 볼 수 있는 체험다이빙이 있고,

다이빙강사에게 일주일 가량의 강습을 받고 자격증을 따면 전문적으로 ‘바닷속으로 자유여행’을 떠날 수 있다.

물 속에 들어가면 우리 몸에는 땅에서와 다른 변화들이 하나 둘씩 나타나게 된다.

가장 먼저 느끼는 변화는 귀가 멍멍해진다는 것이다.

마치 비행기가 이착륙할 때나 기차가 터널 속을 빠르게 달릴 때 느끼는 것과 비슷하다.

물에서는 수심 10m마다 1기압씩 압력이 높아지게 되는데,

우리 몸이 여기에 적응을 하지 못했기 때문이다.

이 때 콧구멍과 입을 막고서 숨을 거세게 내쉬면 ‘펑’하고 귀가 뚫리게 되는데,

이 같은 동작을 ‘이퀄라이징’(귀트임)이라고 부른다.

능숙한 잠수인들 역시 바다 속으로 깊이 내려갈 때마다 이 동작을 반복하며 스스로를 적응시킨다.

깊은 바다 속으로 들어가다 보면 우리가 호흡 할 산소가 필요하다.

그런데,호흡을 위해서 메고 들어간 공기통에 공기는 수심이 깊어짐에 따라 압력이 높아지고,

그 높아진 압력에 따라 체내로 들어오는 산소의 압력도 육지보다 훨씬 높아지게 되는데,

그로인해 우리 몸속에는 ‘활성산소’가 늘어나게 되는 것이다.

물론 평상시에도 우리 몸에는 활성산소가 만들어지지만,

워낙 소량인데다 인체에는 활성산소를 제거하는 효소들이 있기 때문에 크게 문제가 되지 않는다.

하지만 높은 압력으로 오랫동안 산소를 호흡해야 하는 바다 속에서는 사정이 다르다.

대량으로 흡수된 활성산소들을 몸속의 효소들이 다 처리하지 못하면 산소중독 현상이 생기는 것이다.

물론 1~2시간 남짓의 짧은 잠수에는 큰 문제가 없다.

하지만 욕심을 부려 수심 20m에서 6시간 이상 호흡하면,

산소중독은 질소마취와는 달리 폐와 기관지 세포가 손상되어 호흡곤란을 일으키는 치명적인 사고로 이어진다.

전문 잠수인들이 수심 9m 이상의 깊이로 잠수를 할 때는 순수한 산소 대신 압축 공기가 들어있는 공기통을 사용하는 것도 이 때문이다.

(순수 산소는 활성산소로 인한 피해를 더욱 크게 만든다.)

그러나 공기 역시 좀 더 깊은 곳으로 들어가면 ‘질소마취’라는 효과를 만들어 낸다.

압축공기통을 메고 스쿠버다이빙을 하게 되면,

보통 약 30m~40m 수심에서 큰 변화를 경험하게 된다.

처음에는 술 취한 것처럼 느껴지지만,

수심이 깊어질수록 사고력, 판단력, 추리력, 기억력이 점차 흐려지다가

심하면 황홀감에 사로잡혀 무서운 것이 없어지고 사리판단이 극도로 흐려져 응급사태에도 대처하지 못해 아주 위험해진다.

이런 현상을 ‘질소마취’라고 부른다.

원래 질소는 인체에 무해하다.

하지만 혈액 속에서 그 농도가 높아지면 사정이 달라진다.

신경의 정보전달기능을 마비시키는 마취작용을 일으키는 것이다.

왜 유독 바닷속에서 질소가 문제가 되는 것일까?

그것은 액체에 녹아 들어가는 기체의 양은 그 기체의 분압에 비례하기 때문이다.

즉 물 속으로 10m, 20m, 30m로 깊이 들어갈수록 폐 내의 질소분압이 2배, 3배, 4배로 증가하고,

이에 따라 혈액으로 녹아 들어가는 양도 2배, 3배, 4배로 증가되는 것이다.

질소마취는 일단 시작되면 그 증상이 아주 빨리 진행된다.

하지만 그 원인이 없어지면 곧 회복될 수 있으므로 30m이내의 수심으로 올라오면 곧 사라진다.

그러나 급하게 올라오는 것은 더 큰 위험을 초래한다.

이 질소가 감압병(decompression sickness: 일명 잠수병)을 유발할 수 있기 때문이다.

깊은 곳에 있던 사람의 몸이 물 위로 올라오면 폐 내의 질소분압이 낮아지므로 조직에서 혈액으로, 그리고 혈액에서 폐로 질소가 빠져 나오게 된다.

그런데 혈액 순환이 느린 조직에서는 질소가 다 빠져 나오지 못하는 현상이 발생하게 된다.

이렇게 되면 질소가 과도하게 많이 녹아 있는 상태가 되고,

여기서 마치 맥주병마개를 따놓을 때처럼 작은 기포(bubble)들이 만들어지게 된다.

이 기포들이 뭉쳐지게 되면 점차 커지게 되고, 혈액을 따라 움직이다가 가느다란 혈관을 막게 된다.

이것이 손발이 마비되거나, 호흡곤란 혹은 피부가려움증 등을 유발하게 되고,

심할 경우 하반신 불수나 질식현상까지 발생하는 것이다.

이른바 잠수병이라고 부르는 증상이 나타나는 것이다.

수심 40m 이상 깊이로는 잠수를 하지 않도록 권고 하거나,

수면으로 상승 시 1분당 9m의 상승속도를 준수하도록 하는 것도 이 때문이다.

만약 잠수병 증상이 있다면 급히 병원으로 옮겨 고압산소치료를 받아야 한다.

그 원리 역시 고압탱크 내에 환자를 넣고 압력을 가하여,(통상 18m 깊이의 물속 압력)

몸에 생긴 질소기포가 점점 작게 만들고 체액 내로 다시 녹아 들어가게 한 다음

서서히 감압하여 폐를 통해 빠져나가게 하는 것이다.

만약 휴가철을 맞아 해외에서 스쿠버 다이빙을 즐겼다면 충분한 휴식을 취한 다음 비행기를 타는 것이 좋다.

위로 올라갈수록 기압이 낮아지기 때문이다.

아직 혈액 속의 질소들이 과도하게 녹아있는 상태에서 높은 곳으로 올라가면 질소 기포들이 더 크게 생겨나 잠수병이 심해질 가능성이 크기 때문이다.

재미있는 것은 평균 300m 깊이로 잠수를 즐기는 남극의 신사 황제펭귄 역시 ‘잠수병’ 을 피하기 위해,

인간과 비슷한 방법을 사용한다는 점이다.

고로 펭귄들도 수면에 도착하기 전에 바다 속에서 잠시 멈춘 다음,

비스듬한 각도로 수면으로 올라가는 것이다.

사람들이 시행착오를 통해 습득한 것을 본능적으로 알고 있는 셈이다.

(글 : 유상연 과학칼럼니스트)

물속 환경은 우리가 생활하고 있는 공기 중 환경과 많은 차이점이 있다.

수중환경 중 인간의 활동을 가장 크게 방해하는 것은 수심 10m 마다 1기압씩 상승하는 압력이며,

두 번째로 중요한 것은 공기보다 25배나 열전도율이 커서 체온유지가 어렵다는 것이다.

이외에도 소리의 전달, 색깔의 변화, 부력현상, 무중력 현상 등에 대한 의학적 이해는 자못 흥미를 끌게 한다.

기압 또는 압력을 표시할 때 kg/㎠ 단위를 사용한다.

1기압은 1 kg/㎠ 으로서 가로, 세로 1㎝인 평면적 위에 1㎏의 무게가 가해지는 것을 뜻한다.

현재까지 수립된 세계 최고 잠수기록이 686m(68.9 kg/㎠)라고 하였던 바

이 경우 인체의 체표면적 1㎠마다 약 68.6㎏의 무게,

우리 몸 전체 표면적(약 15,000㎠)에는 약 2,200톤(68.6×15,000)의 무게가 얹혀져 있었다고 상상하면,

어떻게 그런 엄청난 압력조건에서 인간이 형태를 유지하고 생존할 수 있었는지 의아심이 생기지 않을 수 없을 것이다.

특수강철로 건조된 전투용 잠수함도 수심이 200-250m를 넘어 잠함하면 수압에 의해 찌그러드는데,

근육, 혈액, 뼈, 피부 등으로 구성된 인간이 수중 수백 m 수심에서 찌그러듬 없이 생존할 수 있는 것은 인간의 몸 구성분의 대부분이 액체로 되어 있기 때문이다.

왜냐하면 증가된 압력은, 기체에는 부피의 변화를 일으키지만 액체 성분에는 부피의 변화를 가져오지 않기 때문이다.

즉, 인체의 구성분을 액체성분과 기체성분으로 구분하면 허파, 콧속, 귓속, 입속 등의 부분을 제외하면

나머지 전부분은 액체 성분이라고 볼 수 있는데,

인체가 높은 압력조건에 노출되면 기체를 함유한 부위는 압력에 의하여 찌그러들지만,

나머지 부분에는 찌그러듬 현상이 발생하지 않는다는 것을 뜻한다.

그러므로 신체의 일부분이 찌그러듬을 예방하기 위하여는 인체 주변의 압력이 높아질 때 공기를 함유한 부분의 압력을 주위 압력과 같게 만들어 주어야 한다.

이를 위하여 수중의 잠수자는 수심이 깊어질수록 더욱 높은 압력의 기체를 호흡하게 된다.

스쿠바(SCUBA) 잠수장치는 자동적으로 수압과 같은 압력의 기체가 공급되도록 개발되어 있다.

만약 잠수자에게 수압과 같은 압력의 공기가 공급되지 못하면 잠수자의 허파나 기타 공기를 가지고 있는 신체 부위는 찌그러들어 손상받게 된다.

사람이 팔다리의 근육을 움직이면 공기 중에서는 체열생산이 증진되어 추위를 이겨나갈 수도 있지만,

수중에서는 팔다리를 움직여 생산되는 체열보다 팔다리를 움직일 때 주위의 물에 빼앗기는 체열이 훨씬 많기 때문에 추운 물 속에서의 몸동작은 오히려 체온유지에 불리하다.

따라서 바다에서 조난을 당하여 수면에서 장시간 구조를 기다려야 하는 상황이라면,

피부로부터의 체온손실을 최소화하기 위하여 몸을 최대로 웅크려 체온손실을 적게하는 것이 생명유지에 유리하다.

그러기 위하여는 해상 조난시에는 반드시 구명대를 착용하고 있어야 한다.

구명대를 입지 않으면 수영을 잘하는 사람도 수면에 떠 있기 위하여 계속적으로 팔다리를 움직여야 하는데, 이러한 동작은 체온을 더 빨리 빼앗기기 때문에 생명 유지가 어려워진다.

수온이 섭씨 15도일 때는 통증을 느끼며,

충분한 체온유지 대책이 없는 잠수자는 섭씨 5도인 수중에서는 1시간 이내에 사망한다.

흔히 스쿠바 잠수 때는 체온유지를 위하여 네오프렌 이란 재료로 제작된 잠수복을 착용하는데,

이 잠수복 재료에는 스폰지처럼 조그만 공기 방울들이 들어 있고,

이 공기방울들은 물과 신체 사이에서 열차단 기능을 한다.

그러나 잠수 수심이 깊어져 수압으로 이 공기 방울들이 압축되면,

잠수복이 얇아지고 열차단 효과가 감소하여 잠수자의 체온유지에 문제점이 발생한다.

수중에서 소리의 전달 속도는 초속 1,400여 m로 공기 중에서 보다 4배나 빠르다.

공기 중에서 인간은 양쪽 귀에서 듣는 소리의 청취 시간의 차이를 인지하여 그 소리가 오른쪽에 났는지 왼쪽에서 났는지를 구분할 수 있다.

그러나 물 속에서는 소리의 전달속도가 너무 빠르기 때문에 양측 귀에서 소리 청취시간의 차이를 느끼지 못하여 소리가 발생하는 곳의 위치를 구별하지 못한다.

수중에서 모든 물체는 부력을 갖는다.

어떤 물체를 물이 가득 담긴 통 속에 담그면 그 물체의 부피 만큼 물이 넘쳐 나오게 되는데,

이 넘쳐나온 물의 무게와 그 물체의 무게를 비교하여

물의 무게가 무거우면 그 물체는 뜨고(양성 부력),

물의 무게가 가벼우면 그 물체는 가라앉는다(음성 부력).

예를 들어 납 덩어리는 넘쳐 나온 물의 무게가 가볍기 때문에 가라 앉고,

나무토막은 넘쳐 나온 물의 무게가 더 무거우므로 뜨게 된다.

사람의 몸은 호흡에 따라 숨을 내 쉴 때는 음성부력이 되어 가라 앉는다.

왜냐하면 사람의 몸무게는 호흡에 따라 변하지 않지만 체적은 변하여 숨을 깊게 들이 마시면 가슴이 부풀어 더 많은 물을 물통 밖에으로 넘치게 할 수 있기 때문이다.

한편 스쿠바 다이버가 네오프렌으로 제작된 잠수복을 입고 공기통을 휴대하고 물 속에서 활동할 때는 음성부력을 유지하기 위하여 납덩이 무게추(벨트)를 착용하는데,

수심이 깊어지면 잠수복이 수압으로 얇아져 음성부력이 더 심해지게 된다.

또 공기통의 공기가 소모됨에 따라 잠수장비가 가벼워지면 양성 부력화 되어 위로 떠오르려는 현상이 생겨 수중에서의 활동에 제약을 받으며,

부주의로 납 벨트가 몸에서 풀려나거나 구명대가 부풀어 오르면 양성부력이 되어 수면으로 급속히 떠오르게 된다.

이때 잠수자가 당황하여 호흡을 멈추면 앞으로 설명할 허파 파열증과 그에 따른 치명적 건강장해를 일으킬 수 있다.

수중에서는 중력을 느끼지 못한다.

사람이 공기 중에서 있을 때는 중력의 영향을 받아 혈액이 신체의 아랫쪽으로 몰리게 된다.

팔을 심장 보다 위로 쳐들었을 땐 손등에 혈관이 나타나지 않지만 아래로 내리고 있을 땐 손등에 혈관이 불거져 나오는데,

이와 같이 중력에 의한 체액의 위치 변화는 우리의 위치감각 인지에 중요한 영향을 미친다.

그러나 수중에서는 육상에서와 같이 팔을 내리고 반듯이 서 있어도 손등이나 발등에 혈관이 불거져 나오지 않는다.

그 이유는 손이나 발이 위치한 수심의 수압이 심장이 위치한 수심의 수압 보다 높기 때문에,

 더 큰 외부로부터의 압력으로 혈관이 불거져 나올 수 없는 것이다.

그 결과 지상에서와 달리 다리 쪽에 혈액이 모이는 현상이 없어져 위치감을 인지하는 능력에 변화가 나타난다.

그러므로 캄캄한 수중에서, 또는 눈을 감고 있을 때 잠수자의 부력이 뜨지도 가라 앉지도 않는 중성부력 상태라면 잠수자 자신은 어떠한 자세로 물 속에 위치하고 있는지 구분할 수 없게 된다.

이와 같은 현상을 이용하여 우주 비행사들에게 무중력상태를 체험시킬 때 잠수방법이 이용되기도 한다.

출처: http://www.kordi.re.kr/

강사들이 감압병의 원리를 교육시킬 때 흔히 탄산음료수 병을 예로 든다.

기체는 액체에 용해되는 성질이 있으며,

이 기체가 액체 속에서 방울로 나타날 수 있다는 것을 설명하고자 하는 것이다.

그러나 이 현상은 탄산음료수를 마시는 것과는 상관이 없다.

탄산음료수에는 이산화탄소가 용해되어 있다.

그러나 감압병에서 인체에 들어가 있기 때문에 문제가 되는 것은 질소이다.  

이런 생각 때문에 다이빙 중  탄산음료를 마셔도 상관없다는 주장을 할 사람이 있을지 모른다.

혹자는 이산화탄소의 함량이 인체에 많아지면,

화학적으로 순환계와 혈액에 좋지 않은 영향을 주므로 감압병 발병을 도울 수도 있다는 의견이 있다.

그러나 탄산음료를 마시는 것에도 이 이론을 적용시킬만한 근거는 아직 없다.  

탄산음료의 이산화탄소는 소화기관으로 들어가는 것이지 혈액으로 들어가는 것이 아니다.

혈액의 이산화탄소 수준은 세포의 대사활동에 의해서 만 결정된다.

그러나 탄산음료가 감압병의 발병과는 무관하다고 해도

다이빙 전에 마시는 것은  좋다고 볼 수 없다.

다이빙 전에 가스가 많이 생기는 음식을 먹지 말라는 것과 같은 차원의 충고이다.

내장의 가스가 보일의 법칙에 의하여 상승 중에 팽창하면 불편하거나 아플 수도 있기 때문이다.  

자료 : 스쿠바다이버지 2000/11/12호