03.05 為什麼有些海洋生物可以深潛上千米,而人類的潛航器卻很少能潛入500米以下呢?

今天圖庫


我們生活的地球表面為1個標準大氣壓,而在海中,每下降10米增加1個大氣壓。世界海洋的最深處約為11000米,那裡的壓力相當於地表的1100倍!

人類創造的深潛紀錄是300多米,而很多海洋生物在8000米的深海還能活動自如!

那麼它們是如何承受海底巨大的壓力而不被壓成肉餅呢?

人類之所以無法承受巨大壓力是因為人體內有大量空氣,一旦處於水下環境中,肺部、耳朵和鼻竇中的空氣將被極大壓縮,導致人體器官和組織嚴重受損。

而魚類因為體內沒有空氣,內外壓差保持平衡,所有可以輕易潛入海底。

那麼問題來了,有些鯨魚和海豹等動物也能潛到3000米深的水下,這如何解釋呢?

實際上,海洋哺乳動物在長期進化的過程中,肺部變得可以完全壓縮,並將空氣溶解在血液和肌肉中。其他含有空氣的器官柔韌性也很強,可以輕鬆排出空氣防止產生壓差。

而那些長期在海底生存的奇異生物,身體器官和機能已完全適應深海高壓環境,一旦被帶到水面就會因壓力不足而死。


宇宙V往事


1:我們知道在地球表面上,人們所受到的大氣壓力為一個大氣壓,每平方釐米的壓力約為1千克,這僅僅是空氣分子,如果在海洋中的話,每下降10米,水壓就增強一個大氣壓,所以科學家們研究深海生物“抗壓”機制時,就不能很輕鬆地潛入到海底去研究,那麼就只有一個方法,把這些生物從深海里打撈出來,然後對生物的分子進行研究,但是這個過程要維持高壓;



2:科學家們將這些深海生物與淺水區的生物進行對比後,發現淺水區的生物也能適應一定的水壓,在20世紀70年代末,就有科學家對深海的多刺魚的蛋白質進行了細緻的研究,發現其中有一種叫做LDH(乳酸脫氫酶)的物質,能夠幫助海洋生物適應巨大的水壓;我們知道就單純的蛋白質而言,如果不經過特殊的處理,整個組織結構是非常柔弱的,從這個方面來考慮,科學家們就發現了一種稱為TMAO(氧化三甲胺)的物質,將這種物質加入到魚的組織後,對蛋白質的抗壓能力有顯著的增強效果;



此後,科學家們就發現在魚,蝦等海洋生物的體內確實存在這種物質。因此海洋生物的抗壓機制就是特殊的物質加強了生物的分子穩定性;當然這種抗壓機制是自然選擇的結果,我們再來看看人造潛水器,潛水器的製造需要考慮很多方面的因素,其中最重要的一個就是成本問題,還有就是工藝問題,眾多的因素使得製造的潛水器只能下潛到一定的深度;從深海生物和潛水器來看,就充分說明了人類在和自然界做鬥爭過程中的渺小性。


恆星之力


先說說關於在深海也存在著各種各樣的海洋生物,它們並沒有被巨大的壓力所壓扁。我們知道,在水中深度每增加10米,壓強就會增加一個大氣壓。全球海洋的平均深度達4000米,也就是400個標準大氣壓,有多大呢?也就是一輛五噸重的小貨車停在你的大拇腳趾頭上。在如此大的壓力下,生命應該是不會生存的。

但事實是別說4000米深,就是一萬多米的深的海底也發現了不少魚類。也許很多人瞭解,魚類在水中體內外壓力差相等,就不會變形被壓扁。但海洋學家做過這樣一個有趣的實驗,把一個泡沫杯,綁探測儀器上,放入1500米深的海中,取上來以後,就會收穫一個————完美縮小的泡沫杯。


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按常理說,這個泡沫杯放在水中任何一個深度,內外壓強都是相等的,不應該被壓縮變形啊。但事實是卻打了臉。所以在巨大的壓強面前,只要是有壓縮性的固體形態,都會受到影響。而深海里的魚類也是如此,所以說,要在深海中生存,首先要保持體內外壓力平衡以提高整體抗壓能力,還有一點就是改變分子結構提高細胞層面上的抗壓能力。就像上面那個實驗,把泡沫杯子換成實心塑料或金屬的就沒有問題了。 研究表明,深海魚類體內都含有一種叫氧化三甲胺(TMAO)這種物質,這種物質能加固蛋白質,以抵抗隨著深度的增加而增大的海水壓力,並且,隨著海水深度的增加,其體內的TMAO含量也隨之增加。所以說,深海生物由於體內含有TMAO,所以能更好的適應深海大壓強的環境。


至於人類的海洋深潛裝置,由於人類無法適應過大的壓強,所以就算深潛其潛艇內部加壓也不會超過5個大氣壓。而要想潛的更深,對深潛裝置材料和製作工藝及技術要求就會更高,成本也太大,批量生產是很不合算的。所以能夠製作深海潛水裝置的國家沒有幾個,這裡要為我國的蛟龍號載人潛水器點個贊!
要知道中國是繼美、法、俄、日之後世界上第五個掌握大深度載人潛水技術的國家。在全球載人潛水器中,“蛟龍號”是屬於第一梯隊的。完全有理由感到自豪的。


清明的星空


這個問題在初中時專門做過試驗,看看試驗過程就一目瞭然。

試驗準備:深水湖,帶線魚竿,小網兜,乒乓球兩個,大號配重塊,香柱。

用小網兜把乒乓球和配重塊固定在魚線上,投到湖中深水處下沉,沉不下去就在網兜中加鐵塊。過半分鐘起竿,乒乓球表面會凹陷一塊(出水過程應該有所恢復,但一般不會完全復原)。



換上全新的乒乓球,在表面打孔後,再重複試驗過程,乒乓球表面就不會凹陷了。為防止打孔時乒乓球變形,可以用點燃的香柱燙個洞。


這個試驗的結論是,壓力大小都是浮雲,內外壓力差才致命。當然,後來我知道有一種壓力能把電子壓進原子核變成中子星,不敢再說壓力大小是浮雲了。


飛魚科普


哪裡說人類潛航器只能下潛500米?蛟龍號不是突破7062米了嗎?只是這中間原理完全不一樣,海洋生物下潛時是保持體內壓力和外部壓力一致,特殊的生理結構使其並不承受很大壓力。而蛟龍號是要靠殼體承受水壓,對結構強度要求非常高。無裝備的情況下人類潛水最深記錄是113米,有裝備記錄是332米。


寰宇118


物理現象。 深海生物可以將身體內部與海水聯通且能持續供氧,保持內外壓力一致,沒有壓力差。而人類進入深水必須要有空氣呼吸 ,短時間內人類肺部不能接受巨大的壓力差,所以必須有抗壓力保護,這層壓力保護技術太難。

另,人類可以通過慢慢適應的方式無抗壓服進入數百米深水,過程需要幾天的時間。專業叫法忘記了。


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