03.08 深海壓力那麼大,金屬都能壓扁,為什麼魚卻沒事?

乖乖我滴親孃舅


金屬壓扁這個說法其實不是特別的靠譜,準確來說是人造船或者是一些潛艇會被壓扁,主要是因為潛艇現在都是中空的,也就是有駕駛室,而潛艇外部的壓力是由深度決定的,每下降十米,就會增加一個大氣壓。因此,你在潛艇內部的壓力,向外推潛艇壁,外部的壓力也在擠壓著潛艇,這有很大的差異。如果這種差別太大,潛艇壁承受不了太大的壓力,那麼它就會崩潰。





同理,我們人類不能進入深海的一大原因就是因為我們肺部有空氣,另外鼻子耳朵,還有血液中也有少量空氣。如果我們潛入海中,就會和潛艇一樣,內外壓力失衡,十分危險。有一個很形象的數據,那就是你深處11000米海洋最深處,那麼感受到的壓力是戶外壓力的1100倍。

EPF泡沫片的SEM圖像,右邊是海下實驗的顯微鏡圖,左邊的是正常圖片

魚類和其他生物可以在深海生存取決於多方面條件,首先這類生物的肺可以強制排出體內所有空氣,擁有一顆完全可壓縮的肺部,所以它們就不會有類似人類的問題。

在極深處生長的魚類身體構造都非常科學,比如一種生活在7000米深處的魚類,叫做馬里亞納蝸牛,長得像一個大蝌蚪,它們的頭骨有一個洞,為了平衡內外壓力。體內還有一種名為氧化三甲胺的物質,這種物質可以防止蛋白質和細胞在其他外力情況下形變,大多數深海物種都有一至兩個攜帶,而馬里亞納蝸牛有五個以上。



這類蝦的外殼非常堅硬,配合身體構造,可以在深處海域自由活動

抗壓能力強,意味著其他能力就薄弱了,馬里亞納蝸牛眼睛幾乎和擺設一樣,連起碼得感光都做不到,另外,這類魚不能再地表繁殖,一離開7000米左右海域就會死亡……


宇宙與科學



人類游泳通常不建議到50米以下,但人類最深的潛水實際上是300米,這太不可思議了!在那個深度,壓力很大,但與更深的深度相比,這算不了什麼。很難相信有些生物可以不被壓碎而生存下來,有許多魚類和海洋生物可以在水下3000米處存活!



在海底,人體會在極度的壓力下被壓碎,我們的耳膜會破裂,我們的肺會充滿血液然後不能呼吸,窒息會是瞬間的。事實上,這一系列可怕的事件只會發生在水面下1000米的地方,更不用說在幾公里以下的黑暗了。



儘管人類在這些深度的壓力面前很脆弱,但是海葵、蠕蟲、魚類、鯨魚、海豹、螃蟹和成千上萬的其他海洋生物能毫不猶豫地承受著壓力。雖然這似乎不可能,但請記住壓力就是平衡。



當人類潛入水下時,我們感覺到的壓力來自於我們體內被壓縮的空氣。我們的耳朵和鼻竇裡有空氣,還有肺和血管。水壓會很高,導致空氣在器官系統和組織中壓縮。



然而,水是不可壓縮的——這是氣體和液體的主要區別之一。魚體內沒有可以壓縮的氣孔,主要由水組成,所以壓力差保持平衡。



然而,魚類並不是唯一在如此深度發現的生物。一些鯨魚、海豹和其他鯨目動物能夠潛入近3000米的深度。這些生物的肺和血管系統與人類有些相似,這怎麼可能?



對於抹香鯨這種可以說是潛水最深的鯨類動物(不到3000米),壓力無疑是一個問題,但它們進化出適應深海生活方式的能力。例如,這些深海哺乳生物的肺是完全可壓縮的,這意味著它們可以迫使肺中的所有氣體進入血液和肌肉,在那裡,氣體在壓力下基本上可以溶解。這些器官已經適應容納更多的肌紅蛋白(肌肉中的儲氧蛋白)和血紅蛋白。



肺的壓縮也阻止了肺泡的氣體交換,從而阻止了氮氣進入血流,如果人類深海潛水員從很深的地方升得太快,這將導致肺氣腫。本質上,當溶解的氣體以氣泡的形式出現在人類血液中時,這可能是有害的,甚至是致命的。許多深海潛水生物自然學會了如何在水中緩慢上升,像人類一樣減壓以防止這種痛苦的狀況。



如果沒有體腔和組織中的氣孔,深海生物不再像我們的身體一樣容易受到壓力的影響。此外,雖然有些生物的耳道中確實有空氣(有些甚至在它們的頭腔中有鼻竇),但是排列在這些腔中的組織通常是高度柔性的,並且容易膨脹,從而擠出空氣並防止壓差。



在一定深度以下,具有複雜器官系統的高級生物(除了海葵、蠕蟲和某些節肢動物)根本無法生存。允許魚類潛入7500米深處的是一種叫做氧化三甲胺的特別親水的物質,這種物質可以防止蛋白質和其他重要分子在強烈的外部壓力下在體內變形和壓縮。



然而,在更極端的深度,這種分子不再能保護魚類免受這種基本的生理壓力,所以魚類和海洋生物的深度是有限制的。對於那些確實存在於海底的奇異生物來說,研究是非常困難的,因為當它們被帶到海面時,大多數都會因為缺乏壓力而死亡。它們的膜是如此獨特地適應,以至於除了極端的壓力之外,它們不能保持身體的完整性。



軍機處留級大學士


答:因為在深海魚的體內,也保持著和體外相當的壓力,使得體內外壓力抵消,魚身體承受的力並不大。


在水中,水的壓力(物理術語叫壓強,水壓是俗稱)和深度有關,公式為p=ρgh,海水深度每增加10.3米,水壓就會增加一個大氣壓的壓力;於是在4000米的海底,水壓高達388個大氣壓(40Mpa),比火電廠超臨界機組的汽包壓力還高。

在北太平洋的馬裡亞納海溝,深度高達11034米,水壓接近1100個大氣壓,相當於在每平方米的面積上,承受1.1萬噸的重力,這足以把大理石壓碎(大理石的承壓極限約1000千克/平方釐米)。


但是在深海,人類同樣發現了各種生物,比如在8000米的深度上,科學家發現了20釐米長的深海魚;在馬裡亞納海溝深處,基本看不到大一點的生物,都是一些細小的蟲類或者微生物。

之所以深海魚能承受如此高的水壓,是因為它們的身體經過特殊進化,在體內包括每個細胞中,都充滿了和體外相當壓力的液體,使得它們體內外壓差並不大,所以不會被外部強大的水壓壓扁。


在人體內部,有著和一個大氣壓相當的壓力,如果人體沒有任何防護到了深海,就會被深海巨大的水壓把人體組織和細胞壓壞。

就好比一個充氣的氣球,氣球外部恆定是一個大氣壓,如果內部壓力不大,氣球材料完全能支撐內外的壓強差,如果內部壓力太大,氣球就會被撐破。

深海魚沒事,就是這樣的原理;由於深海魚體內壓強很高,所以深海魚也不能上浮到淺海區域,否則會被體內的壓強撐破身體,就好比患有高眼壓病的人不能去西藏一樣。


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你拿一個氣球充上一部分空氣按進水裡,氣球會炸。你拿一個氣球充上適量的水放水裡,保證沒事。例子不一定準確,大致是這個意思。

意思是如果一個東西內外壓強相同,它當然不會被破壞;如果一個東西內外壓強差別很大,那就很難說了。其實題主說的深海里的魚也是如此。魚類平時在水中的深度範圍,也取決於它身體的適應性,所以才有淺水魚、深水魚之分。一般來說不同深度的魚類,它們的骨骼,細胞組織,內臟,獵食習慣等都已經適應了水的壓力。



把淺水魚放進深海或者把深水魚放進淺海,它們都會死掉。原因就是它身體內外的壓強差別變得太大,身體組織承受不了。

題主說的金屬放進深海會被壓扁,當然也是指一般空心的金屬容器之類。人類使用的潛艇,下潛深度就有一定的限制。現在軍事上的潛水艇,最深能下潛到600多米。



人類也有下潛到馬裡亞納海溝最深處,也就是下潛到11034米深的潛水器,它的外殼可以承受巨大的壓力,“深海探險者”號也是人類科技進步的產物。那地方也沒有了魚類,只有蠕蟲類生物。人們瞭解月球也比那地方瞭解的多,至今只有包括美國電影導演卡梅隆在內的三個人到過那裡。


仰望星空


下潛深海被不被壓扁主要是壓力差大不大,如果很大,那就會被壓扁,比如常規潛艇也只是在水深300米左右工作,核潛艇可以下潛的更深一些,而那些專門為下潛而打造的潛水艇就不一樣了,它可以下潛一萬米深,比如深海挑戰號、的裡雅斯特號等特製的潛航器。

(電影導演卡梅隆曾駕駛深海挑戰號下潛至深海一萬米)

潛艇下潛由於裡面還有人在工作著呢,裡面要維持一個大氣壓,但是隨著下潛的深度越來越深,內外的壓力差越來越大,在數值上大約是每下降10米增加一個大氣壓,所以在一萬米深處,那就是1000個大氣壓啊,內外壓力差1000個大氣壓,全是靠潛航器的金屬結構在硬抗著。

如果潛航器內部充滿了水,消除了這個壓力差,那麼潛艇不會被壓扁,只會出現些變形,所以,題目是不太嚴密的,金屬可以被壓的變形,但不能被壓扁,如果人暴露在深海處的話是可以被直接壓扁的。

那些魚兒為何沒事情呢?

是因為那些魚沒有魚皮,幾乎是透明的,特殊的生物構造使得它們能夠適應這種高壓環境,它們既然本就誕生在深海中,肯定不會覺得不舒坦,深海魚通體非常的柔韌,而且深海魚沒有魚泡,也沒有其它的空腔。

個人淺見,歡迎評論!


科學船塢


內外壓強相等?不存在的,內外壓強相等的前提是你要能夠承受住那麼大的壓強才行,上圖中左邊是1個大氣壓下的塑料杯,右邊是深海1500米也就是150個大氣壓下的塑料杯,很明顯深海1500米對於塑料杯來說,杯內和杯外都是一樣的壓強,因為它沒能承受住那麼大的壓強而被壓扁了。我們能看到一些深海魚類,動輒生活在深海8000多米的深度,這裡相當於800多倍的大氣壓,相當於北京地鐵晚高峰13萬倍的壓強,換成是人類早被壓成肉泥了。

深海魚能抵抗那麼高的壓強是因為它們細胞的組成結構和淺水魚有很大區別。(1)科學家發現深海魚類細胞膜上鑲嵌的蛋白質體積更小,數量更多,從細胞構成上將結構變小,有利於對抗海水壓強。(2)深海魚細胞膜上的磷脂大多都由不飽和脂肪酸來構建的,磷脂的流動性會更高,更舒展,也有利於抵抗高壓環境。(3)魚鰾內的氣體容易受到水壓壓迫,所以深海魚體內沒有魚鰾。

(4)深海魚一般體態較為柔軟,避免了皮膚和海水對峙,也是對抗高壓的一種方式。

人類目前為止發現的最深的海洋生物是在2014年,位於馬裡亞納海溝8145米發現的一種軟體魚類。這類深海魚已經從細胞組成上和淺水魚有了巨大差異,如果將深海魚捕撈上岸,由於外部氣壓太小,細胞內的物質會滲出,深海魚很快就會死亡。


科學薛定諤的貓


科學家在地球上8145米的深海地區發現有魚類的存在。在這樣的深海地區生存條件極為殘酷。這裡沒有陽光,寒冷黑暗,缺乏氧氣。更為殘酷的是在這裡生活就要承受著800多個地球標準大氣壓的壓力。這些魚類為什麼會沒事呢?

海水的壓力是隨著海水深度的增加而升高的。海水深度每增加10米,海水壓力就會增加一個大氣壓。一般人自由潛水的深度也就是大約40米的樣子,再深的話人類有些承受不住了,用鋼鐵打造的潛水艇潛水的深度要深一些,但是目前最大潛水深度也只在1250米左右,在往下潛的話,潛艇也會有被壓扁的危險。

相比之下,一些魚類卻能夠在8000米以下是深海生存,這無疑是一個了不起的奇蹟。人類和潛艇為什麼不能下潛的太深呢?這是因為壓力差造成的。以潛艇為例,潛艇的外殼是鋼鐵製造的,十分堅硬,抗壓能力非常的強,但是內部確實空的。因為要滿足人類的正常活動需要,潛艇的內部充滿了空氣,而潛艇在下潛時,外部的海水壓力和內部空氣壓力產生了非常大的壓力差,當達到深度極限時,潛艇的外殼就無法承受巨大的壓力差,因而就會發生破損,被壓扁。

如果潛艇中沒有人,灌滿了水沉到海底的話,無論它下沉多深,都不會被壓扁的。因為這時的潛艇內外都充滿了水,內外壓力都是相同的。

再來說說這些頑強的深海魚類。深海魚類祖祖輩輩都生活在深海中,它們的身體早已發生了巨大的改變來適應深海的海水壓力。生活在深海的魚的骨骼已經變得非常的薄,而且很容易彎曲,肌肉組織也變得特別柔韌,皮膚也變成了一層薄膜,體內的生理組織充滿了水分來保持體內外的壓力平衡。

身體內充滿水分,讓自己看上去就像一團魚形的水,這就是為什麼這些深海魚類在這麼大的壓力下沒有沒壓扁的原因。


兔斯基聊科學


首先必須糾正一點,深海壓力那麼大,金屬都能壓扁這句話是不嚴謹的!

所謂壓扁金的意思應該是例如未開封的易拉罐,直接扔進海里,隨著深度的增加,壓力逐間增大,最後易拉罐破裂。但是如果是已經打開過的易拉罐,或者說固體金屬就根本不存在被壓扁的可能。就算壓扁也只是壓縮了金屬內部的空間而已。

為了海底壓力如此大

為什麼隨著海洋深度的增加,壓力會越來越大呢?


其實海底壓力增大的原因是因為壓強隨著深度增大而增大,大概每10M增加一個大氣壓,而壓力等於壓強乘以物體單位面積,所以壓力在面積不變的前提下也會隨著深度增加而增大。

為什麼深海中的魚不怕這麼大壓力?

其實這個原因源自於這些魚類特殊的身體結構,首先是這些深海魚類的骨骼變得非常薄,而且容易彎曲;肌肉組織變得特別柔韌,纖維組織變得出奇的細密。


其次它們的魚皮組織變得僅僅是一層非常薄的層膜,它能使魚體內的生理組織充滿水分,保持體內外壓力的平衡。

所以這是環境影響的結果,因為陸地生物不需要忍受這麼大的壓力,所以自然不會進化出這種特殊的結構。


科學認識論


真空包裝下食品在0大氣壓下被壓得很緊石頭一般,為什麼我們人在1大氣壓下,卻感受不到壓力存在,也沒有被壓扁呢?

這揭示了“壓力”的物理效應真相——壓差

只有在壓差存在的情況下,壓力才能真正表現為力——所謂“壓扁”

如此,當我們把魚分而解析的時候,我們不難發現,它是一堆細胞,每個細胞,細胞之內是1000大氣壓的體液,細胞之外是1000大氣壓的海水,整個細胞內外壓力是平衡的,細胞的實際壓力是0,只不過是體液和海水給細胞壁和細胞膜施加了1000個大氣壓的擠壓力!但,我們知道細胞壁和細胞膜的結構是分子級的,如果萬米之下的海水依然是水,水分子沒有被壓力破壞,那麼細胞壁和細胞膜依然是細胞壁和細胞膜

所以,它們生活在深海和生活在大氣壓下的人一樣,都感受不到深海和大氣給予自己的壓力

但如果,把深海動物瞬間拿到海面,它會變成無數微型小炸彈自爆,把人迅速深入海底,會被壓成肉泥,

——因為速度太快,組織內外壓力無法達到平衡,出現了壓差


丟了自己259793923


深海魚為什麼不怕海水如此大的壓力?剛拿到這個題目時覺得這個問題簡單,用高中學過的物理知識就能妥妥地回答了。但是細一想,不對,怕是沒那麼簡單。後來翻閱了一些資料,果然。但說太深,恐怕自己沒這個本事,所以,只能就我所知,揀重要的內容,並且儘量通俗地作一個介紹,希望大家能看懂。


第一個是關於壓強的問題。提問中實際已很清楚了。越到大海深處,物體所受的壓力越大。從海平面開始,深度每增加10米,壓強增加一個大氣壓。全球大洋平均深度4000米,而在這個深度,壓強是400atm, 什麼感覺呢,大約是兩隻大象站在你的大拇腳趾頭上。這就是為什麼金屬容器在深海里都會被壓扁的原因。

第二個如果體內外壓力差相等如何。大多數人認為如果放一個裝滿水的杯子,沉到深海里,由於內外壓強相同,可以相互抵消,於是這杯子就會安然無恙。魚在深水裡也是這個道理,所以魚也就可以安然無恙了,我當時就這麼認為的。但是,真是這樣嗎?

海洋學家出海時幹這麼一件事:拿一個泡沫杯,綁在採樣或者探測儀器上,放入深海,取上來以後,怎麼著?泡沫杯被完美地壓縮成這小一號的杯。 杯子放在任何一個深度,內外壓強相等不錯,但它得經過高壓的洗禮,在壓強面前,只要有固體形態,有壓縮性,都會或多或少受到影響。對於生物體來說,高壓強最直接的作用是減少分子的體積而導致的機體結構變化。作為一個分子而言,這壓強是十足地作用在其身上的。生物體都是由一個個分子構成的,因此,其主要構成單位蛋白質,以及各種脂膜的結構和功能都會受壓力的作用而相應發生變化,以適應深海的壓強。

第三,結構如何變化。

首先說說蛋白質。既然壓強的直接作用是導致體積的變化,深海生物蛋白質的適應也是體現在體積變化。蛋白質不是剛性結構,意味著它可以通過三級或四級結構轉化而進行“構象變換”,也就是提前自己變到最小。 此外,蛋白質亞單位組合,輔因子和酶的相互作用,催化反應,都伴隨著蛋白質的結構/體積變化。然而這種變化需要付出代價,蛋白質的結構變化造成其功能降低,所以通常情況下,深海生物的蛋白酶催化效率要遠小於同種類的淺海酶。

再就是生物膜。生物膜的主要成分是脂類,其壓縮性是大於水的,所以在高壓強下,也會發生一系列的結構變化。壓強升高或者溫度降低都會降低膜的流動性。大約深度每增加100米的作用和溫度降低0.13-0.21攝氏度相同。深海生物為了抵抗這種作用,進化出了一些機制來增加膜的流動性,以保障正常的生理需要。

而這一系列的變化也導致海洋生物(深海以及冷水)多富含不飽和脂肪酸,對人類很有益處。

第四,身體形態的適應性變化。

這些變化反映在深海魚的肌肉和骨骼上。深海魚的骨骼非常薄;而且容易彎曲;肌肉組織特別柔韌,纖維組織細密,而魚皮組織則僅僅是一層非常薄的層膜,它能使魚體內的生理組織充滿水分,保持體內外壓力的平衡。這使得深海魚類在巨大的壓力條件下,也不會被壓扁。

另外,深海魚類的眼睛也非常奇特。生活在深海中的魚,眼睛一般長在頭部的背部。從正面看,魚的兩隻大眼框,像是豎起來的兩隻電燈泡。而從上往下看,兩隻眼睛又像兩個大圓圈,佔據著頭部的“要塞”部位。這種魚眼還能上下左右活動,還能自如地調整焦距。這種奇特的眼睛結構是深海魚的一個共同生理特徵。



總的來說,深海生物對抗高壓的方法就是減小自身的壓縮性,從而把壓強的作用減到最小。這也就是深海魚能夠在高壓下生存的秘訣。


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