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为什么抹香鲸可以在深海几千米下生存,潜艇就得被压扁呢?
在地球表面时周围的气压为1atm(标准大气压),当向下潜水时,身体受到的压力每下降10米就增加1atm。因此在海洋的最深处的马里亚纳海沟10994米处的压力是地球表面压力的1100倍。人类很容易受到压力的影响,当人体受到极端压力时会鼓膜破裂,肺充满血液然后衰竭,导致瞬间窒息。但海洋动物海葵、蠕虫、鱼类、鲸鱼、海豹、螃蟹和成千上万的其他海洋生物可以毫不犹豫地应对这种超高的压力。这主要是因为当人类潜入水下时,身体受到的压力导致身体里面的空气被压缩,导致组织变形和破坏,耳朵、鼻窦、肺和血管里都有空气。然而,水是不可压缩的,鱼体内没有可以压缩的气泡,所以体内外压力差能够保持平衡,即使在几千米深的地方依然能够发现各种鱼类。
然而,鱼类并不是深海唯一被发现的生物。一些鲸鱼如抹香鲸和海豹等哺乳动物能够潜入几千米的深处,有证据显示抹香鲸最深出现在2500米的水下,有些报道甚至有更深。这些生物的肺和血管系统在某种程度上可以与人类相似,但它们并没有被压碎。对于像突吻鲸这样的动物来说,同样存在巨大的压力,但它们进化出许多适应性来适应深海生活。
深海哺乳动物如抹香鲸主要解剖学适应特征集中在减少含空气的空间和防止组织气压损伤。空气腔内衬静脉丛,消除空气空间,防止被挤压;抹香鲸的肺是可压缩的,下潜时肺塌陷,防止肺破裂,阻碍肺内的气体交换,抹香鲸的肺在深海中不能作为氧气的来源,而依赖于血液和肌肉中的氧气储备;抹香鲸血容量高,每公斤体重有200至250毫升血液,而人类每公斤体重只有70毫升血液,此外,抹香鲸的血红蛋白(血液中的携氧蛋白)的浓度为人类的两倍左右,肌红蛋白(肌肉中的储氧蛋白)浓度是人类肌肉的10倍,可以储存大量的氧气。
潜艇根据设计和材料强度可以达到理论上的最深海域,毕竟最深的小型潜艇已经抵达过马里亚纳海沟,只不过战争所有的军用潜艇需要有太多的考虑如体积速度成本等,所以一般都只设计能下潜几百米或者一千多米。1960年的“的里雅斯特”潜水器就已经能够下达10916米马利亚纳海沟,“的里雅斯特”潜水器使用的耐压球体直径2.16米,壁厚12.7厘米,能够承受每平方厘米 1.25吨的压力(110 MPa)。
说鲸鱼可以潜水潜到几千米,有点夸张了,潜水界的冠军抹香鲸,最多也只能游到2200米的水下,而且也只能待两个小时,多了它也受不了,在深海里,它可以分泌出某种物质来保护自己的身体。
它的潜游深度比潜艇还是深一点,鲸鱼是肉做的,本身就有弹性,而且他内里不是空心的,是有脏六腑和肉的,身体受到压强压迫,身体可以进行调整,而潜艇只是一层很硬的外壳子,内部空间比较大,就是一空心的。
潜艇的里面和外面所受的压强不同,这种情况下,下潜的越深,压强差越大,潜艇就容易被挤压变形,而抹香鲸是可以调节的,但是潜艇那么硬,没办法随压强变化,只能硬生生的被挤压变形。
你如果扔一个实体东西下去,被压变形的情况就不会发生,或者说发生轻微的变形,这种轻微的变化,鲸鱼通过稍微改变身体就可以抵抗,但也是有限度的,他最多只能在水下2200米潜游,再深了它也不行。
有人觉得,人类也是实体的,为什么没下去多深就觉得胸闷耳鸣,因为人类长期在空气中,空气中的压强和水里的不同,海洋生物在水里呆惯了,已经适应了海水,你让他换个地方它还不适应,浅海的进不了深海,深海的也到了不浅海,因为这样会容易压强变化而死亡,人类和抹香鲸一样,都有一个适应的深度。
千寻君来回答。
我觉得和两者的内部结构有关,打个比方,抹香鲸好比一块橡皮檫,而潜艇好比一个核桃,橡皮檫是压不碎的,而核桃用力一压就碎了。目前已知潜水能力最强的几种海洋哺乳动物及最大潜水深度如下:
瓶鼻鲸、一角鲸:1000米
虎鲸:1087米
海象:1500米
北象海豹:1530米
抹香鲸:2200-2250米
南象海豹:2388米
柯氏喙鲸:2992米,这是哺乳动物最高潜水纪录,说明海洋哺乳动物的极限潜水深度是3000米左右。
哺乳动物深潜必须克服三大困难——压强、氧气、体温。首先是压强,鲸类在潜水过程中可以根据水深来收缩肌肉、肺部和内脏,消除体内的空腔,平衡内外压强,鲸的骨骼和肌肉非常柔韧,可以防止被撕裂。简单来说,就是鲸的身体好比一块橡皮,既紧凑又有弹性。
抹香鲸作为深海中的霸主,它的下潜深度可以达到2000多米,是为数不多能够达到这个深度的海洋生物,一次下潜基本上也就只能够待2个小时。在这个期间内它可以通过分泌一些物质来保护自己的身体,不过潜艇与抹香鲸相比就没有这个能力,如果下潜到这么深的地方就要被压扁,这是为什么?其实这跟抹香鲸的身体结构有关,抹香鲸可以根据不同的下潜深度进行调节,而潜艇却不行。
潜艇是各个国家争相发展的海洋作战武器,它的作战实力相当突出,能够凭借着出其不意的攻击对敌方造成巨大伤害。不过为了更好的隐藏自己,潜艇往往需要下潜到海洋中很深的地方去,但是潜艇下潜的深度一直受到较大的限制。
抹香鲸的下潜深度要比潜艇深很多,这是因为它全身的肉是非常具有弹性的,同时它的躯体内部是由内脏等构成的。因此一旦在水中下潜的深度不同时它就可以进行相对应的调节,这样一来抹香鲸在水中下潜时也就更加容易一些。可是潜艇的外部是由一层很厚的铁皮组成,内部的空间很大,看起来非常的空,一旦下潜的深度过高,也就更加容易出现内外压力不平衡的情况。
而且在潜艇的内部还需要有作战人员和武器装备,在这里面为了作战人员能够生存下去,同时使作战武器性能发挥出来,也就不得不将潜艇内部的环境维持在标准大气压下。这样一来潜艇内部的压强是无法增加的,因此说潜艇的形态维持全部靠的是外面一层坚硬的外壳,潜艇的外壳是无法支撑起海洋几千米压强的。
当然目前的潜艇外壳厚度也在不断的增强,从而提高潜艇能够下潜的深度,例如美国的海狼级潜艇下潜的深度可以达到320米米左右,而俄罗斯的台风级外壳采用的是双层壳体,下潜的深度能够达到600米。虽然说潜艇的下潜深度在逐步提高,可是和能够下潜2000多米的抹香鲸相比,还是有不小差距的。
总得来说,虽然潜艇的设计是参考海洋生物进行研制的,不过它的结构并没有抹香鲸一样的完善,而且又受限于作战的需求,它能够下潜的深度目前也就达不到几千米。
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