03.05 为什么有些海洋生物可以深潜上千米,而人类的潜航器却很少能潜入500米以下呢?

今天图库


我们生活的地球表面为1个标准大气压,而在海中,每下降10米增加1个大气压。世界海洋的最深处约为11000米,那里的压力相当于地表的1100倍!

人类创造的深潜纪录是300多米,而很多海洋生物在8000米的深海还能活动自如!

那么它们是如何承受海底巨大的压力而不被压成肉饼呢?

人类之所以无法承受巨大压力是因为人体内有大量空气,一旦处于水下环境中,肺部、耳朵和鼻窦中的空气将被极大压缩,导致人体器官和组织严重受损。

而鱼类因为体内没有空气,内外压差保持平衡,所有可以轻易潜入海底。

那么问题来了,有些鲸鱼和海豹等动物也能潜到3000米深的水下,这如何解释呢?

实际上,海洋哺乳动物在长期进化的过程中,肺部变得可以完全压缩,并将空气溶解在血液和肌肉中。其他含有空气的器官柔韧性也很强,可以轻松排出空气防止产生压差。

而那些长期在海底生存的奇异生物,身体器官和机能已完全适应深海高压环境,一旦被带到水面就会因压力不足而死。


宇宙V往事


1:我们知道在地球表面上,人们所受到的大气压力为一个大气压,每平方厘米的压力约为1千克,这仅仅是空气分子,如果在海洋中的话,每下降10米,水压就增强一个大气压,所以科学家们研究深海生物“抗压”机制时,就不能很轻松地潜入到海底去研究,那么就只有一个方法,把这些生物从深海里打捞出来,然后对生物的分子进行研究,但是这个过程要维持高压;



2:科学家们将这些深海生物与浅水区的生物进行对比后,发现浅水区的生物也能适应一定的水压,在20世纪70年代末,就有科学家对深海的多刺鱼的蛋白质进行了细致的研究,发现其中有一种叫做LDH(乳酸脱氢酶)的物质,能够帮助海洋生物适应巨大的水压;我们知道就单纯的蛋白质而言,如果不经过特殊的处理,整个组织结构是非常柔弱的,从这个方面来考虑,科学家们就发现了一种称为TMAO(氧化三甲胺)的物质,将这种物质加入到鱼的组织后,对蛋白质的抗压能力有显著的增强效果;



此后,科学家们就发现在鱼,虾等海洋生物的体内确实存在这种物质。因此海洋生物的抗压机制就是特殊的物质加强了生物的分子稳定性;当然这种抗压机制是自然选择的结果,我们再来看看人造潜水器,潜水器的制造需要考虑很多方面的因素,其中最重要的一个就是成本问题,还有就是工艺问题,众多的因素使得制造的潜水器只能下潜到一定的深度;从深海生物和潜水器来看,就充分说明了人类在和自然界做斗争过程中的渺小性。


恒星之力


先说说关于在深海也存在着各种各样的海洋生物,它们并没有被巨大的压力所压扁。我们知道,在水中深度每增加10米,压强就会增加一个大气压。全球海洋的平均深度达4000米,也就是400个标准大气压,有多大呢?也就是一辆五吨重的小货车停在你的大拇脚趾头上。在如此大的压力下,生命应该是不会生存的。

但事实是别说4000米深,就是一万多米的深的海底也发现了不少鱼类。也许很多人了解,鱼类在水中体内外压力差相等,就不会变形被压扁。但海洋学家做过这样一个有趣的实验,把一个泡沫杯,绑探测仪器上,放入1500米深的海中,取上来以后,就会收获一个————完美缩小的泡沫杯。


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按常理说,这个泡沫杯放在水中任何一个深度,内外压强都是相等的,不应该被压缩变形啊。但事实是却打了脸。所以在巨大的压强面前,只要是有压缩性的固体形态,都会受到影响。而深海里的鱼类也是如此,所以说,要在深海中生存,首先要保持体内外压力平衡以提高整体抗压能力,还有一点就是改变分子结构提高细胞层面上的抗压能力。就像上面那个实验,把泡沫杯子换成实心塑料或金属的就没有问题了。 研究表明,深海鱼类体内都含有一种叫氧化三甲胺(TMAO)这种物质,这种物质能加固蛋白质,以抵抗随着深度的增加而增大的海水压力,并且,随着海水深度的增加,其体内的TMAO含量也随之增加。所以说,深海生物由于体内含有TMAO,所以能更好的适应深海大压强的环境。


至于人类的海洋深潜装置,由于人类无法适应过大的压强,所以就算深潜其潜艇内部加压也不会超过5个大气压。而要想潜的更深,对深潜装置材料和制作工艺及技术要求就会更高,成本也太大,批量生产是很不合算的。所以能够制作深海潜水装置的国家没有几个,这里要为我国的蛟龙号载人潜水器点个赞!
要知道中国是继美、法、俄、日之后世界上第五个掌握大深度载人潜水技术的国家。在全球载人潜水器中,“蛟龙号”是属于第一梯队的。完全有理由感到自豪的。


清明的星空


这个问题在初中时专门做过试验,看看试验过程就一目了然。

试验准备:深水湖,带线鱼竿,小网兜,乒乓球两个,大号配重块,香柱。

用小网兜把乒乓球和配重块固定在鱼线上,投到湖中深水处下沉,沉不下去就在网兜中加铁块。过半分钟起竿,乒乓球表面会凹陷一块(出水过程应该有所恢复,但一般不会完全复原)。



换上全新的乒乓球,在表面打孔后,再重复试验过程,乒乓球表面就不会凹陷了。为防止打孔时乒乓球变形,可以用点燃的香柱烫个洞。


这个试验的结论是,压力大小都是浮云,内外压力差才致命。当然,后来我知道有一种压力能把电子压进原子核变成中子星,不敢再说压力大小是浮云了。


飞鱼科普


哪里说人类潜航器只能下潜500米?蛟龙号不是突破7062米了吗?只是这中间原理完全不一样,海洋生物下潜时是保持体内压力和外部压力一致,特殊的生理结构使其并不承受很大压力。而蛟龙号是要靠壳体承受水压,对结构强度要求非常高。无装备的情况下人类潜水最深记录是113米,有装备记录是332米。


寰宇118


物理现象。 深海生物可以将身体内部与海水联通且能持续供氧,保持内外压力一致,没有压力差。而人类进入深水必须要有空气呼吸 ,短时间内人类肺部不能接受巨大的压力差,所以必须有抗压力保护,这层压力保护技术太难。

另,人类可以通过慢慢适应的方式无抗压服进入数百米深水,过程需要几天的时间。专业叫法忘记了。


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