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?

琅琊利剑


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)。


科学闰土


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。


诸葛小彻


抹香鲸目前最大的潜深是2200米,1955年科学家曾经在葡萄牙里斯本海域发现一头被电缆绞死的抹香鲸,深度就是大约2200米。而在实际生活中,抹香鲸一般活动于500到1000米深度的海域,因为这个深度聚集了大量抹香鲸爱吃的大王乌贼,但是不管怎么说,抹香鲸确实有强大的潜深能力,这是毋庸置疑的。


相对于抹香鲸来说,我们人类就显得弱爆了!目前全世界主流的潜艇潜深都在三四百米,只有少部分核潜艇能达到五六百米的深度,全世界潜深最强的莫过于前苏联的K278共青团员号核潜艇,有赖于全身都是由钛合金材料打造,它曾经在1983年创造过1250米的极限潜深,三十多年过去,至今无出其右!
(共青团员号潜艇)

众所周知,潜艇最怕的就是海中断崖,因为一旦遇到断崖,潜艇就会出现极速掉深,海水巨大的压力会将潜艇艇壳直接挤爆,最终导致艇毁人亡!那我们不禁要问,潜艇身为强大的钢铁结构只能承受几百米深的水压,而鲸鱼肉体凡胎为什么却能承受上千米深度的超强水压?

(以色列“达喀尔”号潜艇遭遇海中断崖被海水压力挤爆)

其实这和鲸鱼的构造有很大关系,鲸鱼为了适应深海高压的环境,骨头和肌肉变得非常柔韧和轻薄,在受到压力后能够相应的发生形变而缓解水下压力。更重要的是鲸鱼的各个器官组织内都充满了高压水分并且能够根据深度自我调节,这就让鲸鱼内外压力基本达到了平衡,所以鲸鱼本身受到的压力其实并不大。
(抹香鲸骨架)

我们在菜市场为什么从来买不到活的带鱼?很大一个原因就是带鱼属于生活在30米以下水深的深海鱼类,体内压强大,一捞出水,由于外界气压骤降,带鱼自身无法调节,体内压力外泄就会涨破内脏和肚子而死。

而再看潜艇,潜艇内部因为有人员活动,所以舱室内必须保持一个大气压强左右,而水深每增加10米就增加一个标准大气压,1000米水深外部压力相当于100个标准大气压,内外压力差达到99个标准大气压,这个压力只能由潜艇的结构强度和材料强度去硬扛!目前的主流军用潜艇基本上都都使用屈服强度在600Mpa以上特种钢材,结构也是圆形的分段式水密隔舱结构,目的就是通过高强度材料和密集的支撑结构提高潜艇的耐压能力!但是这种硬扛和鲸鱼的内外压平衡的四两拨千斤相比,还是差距很大!
(巨大的核潜艇分段)


军武吐槽君


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。



简单点说,人类制造太多东西都是模仿动物,也就是仿生,但也只是模仿,不能超越,野鸡可以飞,但只是飞一段就必须得落下来,蛋鸡长翅膀,但只能扑棱飞那么高,不能像真正的鸟儿一样展翅飞翔,都是长毛的,都有翅膀,鸡为啥就不行,潜艇就是鸡嘛。


琅琊利剑


潜艇是一种很特殊的水下装备,大部分时间都在水下活动,就像鲸鱼一样行踪不定。但是潜艇的潜深通常只有几百米,而抹香鲸能够下潜到水面下2000多米的深度,这是什么原因呢?换句话说,为什么潜艇不能无限下潜呢?影响潜艇下潜深度的影响因素有哪些呢?下面将为大家一一揭晓。

潜艇下潜深度有限是因为它所能够承受的压力是有限的

世界上任何潜艇都是具有一定极限潜深的,当超过这一深度时,潜艇就会发生变形扭曲,甚至会承受不住海水的压力而断裂爆炸。这是因为潜艇的内部有很大的空间,潜艇内外存在一定的压力偏差,而潜艇的艇身能够承受的压力值是有限的。潜艇的设计计算压力为Pc=K·Pe,其中K代表耐压船体结构设计的安全系数,核动力潜艇一般是1.5,常规动力潜艇为1.45,Pe代表极限深度压力。决定K值的因素有材料本身的物理性能偏差、制造工艺、金属的腐蚀等。

当潜艇的下潜深度超过它的极限潜深时,也不一定会立即发生故障,这是因为潜艇存在一定数值的超深附加深度。当潜艇因为设备故障、舱室进水或者其他原因,导致潜艇不受控制下沉,超过了它的设计下潜深度极限,那么潜艇就会处于超深状态。所以在设计潜艇时,都会给它设计一定的超深能力。采用不同材料和不同动力装置的潜艇的极限潜深不一样,它们的超深能力也不一样。通常核潜艇的超深附加深度为极限潜深的0.35,常规潜艇的超深附加深度为极限潜深的0.25,比如最大潜深300米的常规潜艇的超深附加深度为75米,核动力潜艇的超深附加深度为105米。

影响潜艇下潜深度的主要因素

影响潜艇最大下潜深度的主要因素主要可分为两大方面:

1、艇身材料

艇身材料是影响潜艇下潜深度的主要因素之一,使用不同材料打造的潜艇,其潜深也不一样。比如相同设计和吨位的潜艇,如果采用屈服强度549MPa的HY-80钢作为耐压艇体材料,下潜深度设定为300米的话,那么如果把艇体材料换成703MPa的HY-100钢,其下身深度可以提高到450米左右。目前世界上的现役潜艇通常采用屈服强度大的合金钢作为艇体材料,合金钢的屈服强度越高,潜艇的潜射就越大。美国“海狼”级攻击核潜艇采用HY-100型合金钢打造,下潜深度可达600米。俄罗斯使用钛合金钢材料建造的“麦克”级试验核潜艇,最大下潜深度高达1250米。另外,合金钢的冶炼技术和焊接技术,对潜艇的结构强度和潜深也有一定影响。合金钢材料的选择,还要考虑到耐腐蚀能力。海水的腐蚀性很强,长期在海水中行驶的潜艇往往会受到较大影响。钛合金钢虽然抗腐蚀性能良好,但是造价昂贵,所以俄罗斯又选择了一种更先进的特种材料制造核潜艇。

2、艇体结构

除了艇身材料外,艇体结构也会影响潜艇的下潜深度。不同国家的潜艇,往往有着各自的风格,所采用的艇体结构也不完全一样。比如美国的核潜艇通常使用单壳体结构,而苏俄的核潜艇一般是双壳体结构。除了壳体外,还有潜艇的艇体线型和支撑结构,包括肋骨结构、耐压舱段结构、耐压液舱结构、耐压壳体锥环柱过渡段结构,以及艇首和艇尾的结构等等,都会对潜艇的耐压强度产生影响,进而影响到潜艇的下潜深度。通常来看,在使用相同材料打造潜艇艇身的情况下,双壳体结构的潜艇比单壳体结构的潜艇,拥有更大的潜深。

美俄现役主要核潜艇的下潜深度

美国和俄罗斯的潜艇技术最为先进,拥有的核潜艇数量也是远远超过其他国家,因此通过对美俄现役主要核潜艇的下潜深度的分析,可以了解到目前潜艇的潜深状况。美国“洛杉矶”级核潜艇的下潜深度为450米,“海狼”级攻击核潜艇的下潜深度为600米,“俄亥俄”级战略核潜艇的最大潜深为400米,而最新一代的“弗吉尼亚”级攻击核潜艇,潜深只有300米。美国之所以减少了潜艇的潜深,主要有三个方面的考量:一是小潜深意味着能够降低成本,二是新技术的发展对潜深的要求有所降低,三是“弗吉尼亚”级攻击核潜艇的用途和定位发生了一些变化。总体上看,虽然“弗吉尼亚”级攻击核潜艇的潜深较小,但是其总体性能还是相当先进的,随着“弗吉尼亚负载模块”的安装,该级潜艇的攻击能力变得更强了。

苏联潜艇特别是核潜艇一向以潜深出名,其所建造的核潜艇曾创造了1250米的极限潜深纪录。俄罗斯继承了苏联的潜艇及技术,在潜深方面也是全球领先的。苏联第二代V级核潜艇的潜深为400米,到了第三代“阿尔法”级核潜艇时,极限潜深增加到了900米,“塞拉”级核潜艇的最大潜深也有750米。目前俄罗斯“北风之神”级战略核潜艇的潜深为450米,“亚森”级攻击核潜艇的最大潜深为600米。

综合以上分析可以得出结论,受到艇体所能承受的压力的限制,潜艇的下潜深度是有限的。在达到最大潜深后,潜艇还存在一定的超深附加深度,以应对意外情况的发生。影响潜艇下潜深度的主要因素包括艇身及耐压舱体材料,还有艇身结构等。随着潜艇技术的不断发展,部分新型潜艇已不再追求极限潜深。


老豆说军武


我们居住的这颗星球绝大部分都是海洋,海洋占地球表面积的1/7。而在浩瀚海洋之下,是深深浅浅的各种地形,而海沟通常是该海域最深的地方。

海洋的压力和他的深度有关,越深压力越大,深度每增加10.3米都会增加一个大气压,而这一个大气呀就相当于1公斤,可以想象一下,在2000米海洋的深度,只想潜艇会承受多大的力?

所以很多人在海洋里游泳的时候,游得深一点就会觉得胸闷气短特别难受,如果在较深的地方快速向上游,那么很容易导致鼻子流血,浑身酸痛。



虽然我对进化论不太支持,但是对于物竞天择却十分认可,抹香鲸等可以在深海潜游,还是因为他适应了这里的环境,在不同的海洋深度有不同种类的鱼,有的深海鱼类因为洋流或者海啸等原因到了比较浅的地方会很快死亡,因为他对浅水区的压强不适应,肺是会炸掉的,加上水温,光线等原因,更导致了深海鱼类无法在浅海生存,当然浅海鱼类也游不到深海里去,那里缺少阳光,更缺少氧气,压力太大。

▲深海怪鱼,软趴趴的,现在我相信人类是从海洋来的了

深海鱼类的身体比较柔软,骨骼也比较薄,身体内部没有空气空腔,当然,抹香鲸和独特的肺部结构,它因为越是肺部就会变得越小,基本上都深海以后它的肺部就会停止工作,靠肌红蛋白库存的氧气提供机体需求,而抹香鲸肌红蛋白的贮氧能力是其它动物的五到六倍,它是为了适应深海环境。



当鱼体在受到水压的压强时,由于整个身体都是充盈的,没有内外压强差,所以它并不会因为内外的压强差而被压而爆掉,当然,抹香鲸的下潜深度也是有限制的,太深的它也去不了,阻力太大。

而潜艇不一样,潜艇本身是一个空心的铁皮盒子,内部就是普通的空气,还是循环使用的,一旦下到它无法承受的深海,他不像抹香鲸那样有柔软而富有弹性的身体可以调节,只有钢筋铁骨,最后只能面临被硬生生挤压的情况而导致变形。

本身潜艇是有最大下潜深度的,也就是舰艇的耐压强度所允许的最大深度的下潜值,在这个范围内活动是安全的,但是潜艇在最大下潜深度也不能逗留太久,需要在短时间内回到安全海域。



潜艇是钢铁做的,本身密度就比海水要大,所以一旦失去控制或者报废等,他就会沉入海底,这样他就会在下沉的过程中随着深度的变化而发生变形。一旦到了2000米左右的深度,即便是由特种钢做成的潜艇,由于内部是一个巨大的空气空腔,因此肯定会被压扁,这也就是为什么抹香鲸在深海自由遨游,但是潜艇会被压扁的原因,这也算是以柔克刚吧。


风云一点通


拿抹香鲸和潜艇比实在是有点……欺负潜艇了~!

首先呢,抹香鲸是活生生的生物呀,是进化了千万年才有了今天的样子~它们需要在深海中捕食生存,身体自然要进化到适应深海环境样子。

鲸类在潜水的过程当中,肺和骨骼都是可以随着水深而出现伸缩变形的,来以适应压力的变化。下潜的时候水压增大,鲸的肺部也会随之缩小,增大体内压强,和外界的水压平衡。骨骼连接的地方也会伸缩变形,起到对身体的保护作用。

抹香鲸不对称的鼻孔也在潜水过程中发挥了很大作用,它们负责喘气的左鼻孔,在水下可以由肌肉控制自动关闭,也能够起到抵抗水压的作用。

不过抹香鲸确实是鲸类当中深潜能力很牛的。

大多数鲸鱼下潜深度也就几百米,而抹香鲸能够下潜到海平面以下1000米深的地方,最深甚至能够下潜2200米左右。而且能在水下潜着的时间也很长,一个多小时没有问题。

并且抹香鲸潜水、上浮都非常自由也很迅速。如果是人类潜水的话,在深潜之后浮出海面的过程是不能太着急的,因为上浮过程中压力有一个从大到小的巨大反差,如果上浮速度太快,身体里血管、组织、神经是很难承受快速压力变化的,很容易有危险。但抹香鲸潜水和上浮的速度最快甚至能超过100米/分钟。

而潜艇呢,主要是目前很多潜艇没有必要下潜到几千几万米深,很多潜艇是用来作为攻击性武器的,下潜的太深就失去意义了呀。

而且制造方也要考虑潜艇的成本和带来效果的性价比,潜艇都是钢铁材料造成的,无法像动物的骨骼、肌肉、身体器官那样随着压力变化而变化,潜艇内部需要保证一定的空间和压力,而外壳的抗压能力又有极限的。

如果要下潜的更深,可能需要改变材料,或者改变制造技术……制造成本肯定要大大提升,但是实际使用中又不需要下潜到这么深,就……很没必要。

但如果有这个下潜深度的需求,潜艇其实也是能潜入更深的海底的,一些科考用的潜艇就能做到。

咱们国家的蛟龙号最大下潜深度已经7000米左右了,抹香鲸也比不过呀。

希望我的回答能够帮助到你,觉得有用的话就点个赞吧嘻嘻。


不吃肠的大肠


有时候真得感叹大自然的神奇,人类想要往海里多下潜100米都要付出很大的代价,但是像抹香鲸这类海洋生物却可以很自由的在深海遨游,这是生物为了适应环境长时间进化的结果。而我们造的潜艇就不能这么随心所欲了,因为里面是有人居住的,人类并不能适应深海的压力,只能用现有的技术去创造这么一个适合我们生存工作的空间,潜艇内外的压力差就注定它不能下潜太深,否则就会被挤爆。

抹香鲸应该是哺乳动物中的潜水冠军了,下潜深度可达2200米,这得益于其独特的身体构造:首先,抹香鲸的胸腔具有收缩性,肺部可以随着水深增大压缩,缩小的肺停止气体交换,阻止氮气溶解到血液中;其次,抹香鲸的肌红蛋白比其它动物高,血红蛋白的浓度也高,使其储氧能力大大加强,在每次下潜之前,抹香鲸的肌红蛋白和血红蛋白就储存了大量的氧气,为深潜提供了必要条件;最后,也是最重要的,抹香鲸的体内没有独立的密闭空腔,是一个紧密的整体,这就可以保持内外压强平衡,深海的高压强对它的影响就不大了。

潜艇就不一样了,和抹香鲸最大的区别就是潜艇不能让自己内外压强保持平衡,在海洋中深度每下降10.3米就增加一个大气压,那在1030米深处就增加100个大气压,潜艇内部只能保持1个标准大气压,那么潜艇下潜越深,内外压强差就会越大。目前大部分潜艇的活动范围也就在水深200~600米左右,再往下就扛不住了,前苏联用钛合金打造的麦克级攻击核潜艇的最大下潜深度也就1250米,但付出的代价是极大的,钛合金是非常昂贵的金属,用钛合金造一艘潜艇的花费就可想而知,这样看是有点划不来的。以目前我们掌握的技术,就潜艇而言很难再往深处发展了,我们只能在结构设计和材料强度上去做文章,结构方面可以开发的潜力很有限,目前的水滴构型已经比较完美了,而材料方面要取得突破非常困难,需要长时间去实验,就算研制出来抗压强度高的材料,但成本一定是翻几倍的,不经济,不适合军用潜艇。

那我们能不能通过仿生学的角度去开发新型潜艇呢?如果是无人潜艇我认为是有可能的,它不需要考虑人的生存因素,可以使潜艇内外压力平衡,那样水深将不再是潜艇的障碍了。


顽皮的菜鸟


因为她是大自然设计的,潜艇只是人类设计的。


我的一些内容


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。

二是氧气,鲸在深潜时肺部收缩了,只能依靠肌肉和血液储存氧气,鲸的血红蛋白和肌红蛋白的浓度是人的2-10倍,可以储存大量氧气,抹香鲸的大脑袋就是高容量的氧气瓶。

三是体温,鲸也是恒温动物,体温在35-36摄氏度之间,它们厚实的皮肤和脂肪层可以有效保温,防止体温流失,这是高纬和海洋哺乳动物必备的身体构造。而潜艇属于人造机械,外壳由金属打造,内部拥有各种设备和大大小小的舱室,主要有蓄水仓、指挥舱、动力舱、电力舱、起居舱、厨房、厕所、餐厅等,这些舱内还有各种功能室,所以潜艇内部有很多空间,用核桃来形容再合适不过了。由于内部有空腔,所以下潜深度过大就难以平衡内外压强,潜艇外壳就会发生形变甚至破裂。

目前各国的军用潜艇下潜深度在15-600米之间,最大下潜深度是上世纪80年代创下的,为1250米。


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